51單片機中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

上節(jié)我們說道來51單片機的中斷系統(tǒng)概念，我們接著上節(jié)的圖接著極少51單片機中斷的過程，如（上圖）所示，由與中斷有關的特殊功能寄存器、中斷入口、次序查詢邏輯電路等組成，包括5個中斷請求源，4個用于中斷控制的寄存器IE、IP、ECON和SCON來控制中斷類弄、中斷的開、關和各種中斷源的優(yōu)先級確定。

中斷請求源：

（1）外部中斷請求源：即外中斷0和1，經(jīng)由外部管腳引入的，在單片機上有兩個管腳，名稱為INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3這兩個管腳。在內(nèi)部的TCON中有四位是與外中斷有關的。IT0：INT0觸發(fā)方式控制位，可由軟件進和置位和復位，IT0=0，INT0為低電平觸發(fā)方式，IT0=1，INT0為負跳變觸發(fā)方式。這兩種方式的差異將在以后再談。IE0：INT0中斷請求標志位。當有外部的中斷請求時，這位就會置1（這由硬件來完成），在CPU響應中斷后，由硬件將IE0清0。IT1、IE1的用途和IT0、IE0相同。（2）內(nèi)部中斷請求源TF0：定時器T0的溢出中斷標記，當T0計數(shù)產(chǎn)生溢出時，由硬件置位TF0。當CPU響應中斷后，再由硬件將TF0清0。TF1：與TF0類似。TI、RI：串行口發(fā)送、接收中斷，在串行口中再講解。2、中斷允許寄存器IE在MCS－51中斷系統(tǒng)中，中斷的允許或禁止是由片內(nèi)可進行位尋址的8位中斷允許寄存器IE來控制的。

其中EA是總開關，如果它等于0，則所有中斷都不允許。ES－串行口中斷允許ET1－定時器1中斷允許EX1－外中斷1中斷允許。ET0－定時器0中斷允許EX0－外中斷0中斷允許。如果我們要設置允許外中斷1，定時器1中斷允許，其它不允許，則IE能是EAX

即8CH，當然，我們也能用位操作指令

SETB EA

SETB ET1SETB EX1

來實現(xiàn)它。

3、五個中斷源的自然優(yōu)先級與中斷服務入口地址外中斷0：0003H定時器0：000BH外中斷1：0013H定時器1：001BH串行口：0023H它們的自然優(yōu)先級由高到低排列。寫到這里，大家應當明白，為什么前面有一些程序一始我們這樣寫：

ORG 0000HLJMP START

ORG 0030H

START：。

這樣寫的目的，就是為了讓出中斷源所占用的向量地址。當然，在程序中沒用中斷時，直接從0000H開始寫程序，在原理上并沒有錯，但在實際工作中最好不這樣做。優(yōu)先級：單片機采用了自然優(yōu)先級和人工設置高、低優(yōu)先級的策略，即能由程序員設定那些中斷是高優(yōu)先級、哪些中斷是低優(yōu)先級，由于只有兩級，必有一些中斷處于同一級別，處于同一級別的，就由自然優(yōu)先級確定。

開機時，每個中斷都處于低優(yōu)先級，我們能用指令對優(yōu)先級進行設置?？幢?中斷優(yōu)先級中由中斷優(yōu)先級寄存器IP來高置的，IP中某位設為1，對應的中斷就是高優(yōu)先級，不然就是低優(yōu)先級。

XX

X

PS

PT1

PX1

PT0

PX0

例：設有如下要求，將T0、外中斷1設為高優(yōu)先級，其它為低優(yōu)先級，求IP的值。IP的首3位沒用，可任意取值，設為000，后面根據(jù)要求寫就能了XX

因此，最終，IP的值就是06H。例：在上例中，如果5個中斷請求同時發(fā)生，求中斷響應的次序。響應次序為：定時器0－＞外中斷1－＞外中斷0－＞實時器1－＞串行中斷。

MCS－51的中斷響應過程：

1、中斷響應的條件：講到這兒，我們依然對于計算機響應中斷感到神奇，我們?nèi)四茼憫饨绲氖录且驗槲覀冇卸喾N“傳感器“――眼、耳能接受不一樣的信息，計算機是如何做到這點的呢？其實說穿了，一點都不希奇，MCS51工作時，在每個機器周期中都會去查詢一下各個中斷標記，看他們是否是“1“，如果是1，就說明有中斷請求了，所以所謂中斷，其實也是查詢，不過是每個周期都查一下而已。這要換成人來說，就相當于你在看書的時候，每一秒鐘都會抬起頭來看一看，查問一下，是不是有人按門鈴，是否有電話。。。。很蠢，不是嗎？可計算機本來就是這樣，它根本沒人聰明。了解了上述中斷的過程，就不難解中斷響應的條件了。在下列三種情況之一時，CPU將封鎖對中斷的響應：

CPU正在處理一個同級或更高級別的中斷請求。

現(xiàn)行的機器周期不是當前正執(zhí)行指令的最后一個周期。我們知道，單片機有單周期、雙周期、三周期指令，當前執(zhí)行指令是單字節(jié)沒有關系，如果是雙字節(jié)或四字節(jié)的，就要等整條指令都執(zhí)行完了，才能響應中斷（因為中斷查詢是在每個機器周期都可能查到的）。

當前正執(zhí)行的指令是返回批令（RETI）或訪問IP、IE寄存器的指令，則CPU至少再執(zhí)行一條指令才應中斷。這些都是與中斷有關的，如果正訪問IP、IE則可能會開、關中斷或改變中斷的優(yōu)先級，而中斷返回指令則說明本次中斷還沒有處理完，所以都要等本指令處理結(jié)束，再執(zhí)行一條指令才能響應中斷。

2、中斷響應過程CPU響應中斷時，首先把當前指令的下一條指令（就是中斷返回后將要執(zhí)行的指令）的地址送入堆棧，然后根據(jù)中斷標記，將對應的中斷入口地址送入PC，PC是程序指針，CPU取指令就根據(jù)PC中的值，PC中是什么值，就會到什么地方去取指令，所以程序就會轉(zhuǎn)到中斷入口處繼續(xù)執(zhí)行。這些工作都是由硬件來完成的，不必我們?nèi)タ紤]。這里還有個問題，大家是否注意到，每個中斷向量地址只間隔了8個單元，如0003－000B，在如此少的空間中如何完成中斷程序呢？很簡單，你在中斷處安排一個LJMP指令，不就能把中斷程序跳轉(zhuǎn)到任何地方了嗎？一個完整的主程序看起來應該是這樣的：

ORG 0000HLJMP START

ORG 0003H

LJMP INT0 ；轉(zhuǎn)外中斷0ORG 000BH

RETI ；沒有用定時器0中斷，在此放一條RETI，萬一 “不小心“產(chǎn)生了中斷，也不會有太大的后果。。

中斷程序完成后，一定要執(zhí)行一條RETI指令，執(zhí)行這條指令后，CPU將會把堆棧中保存著的地址取出，送回PC，那么程序就會從主程序的中斷處繼續(xù)往下執(zhí)行了。注意：CPU所做的保護工作是很有限的，只保護了一個地址，而其它的所有東西都不保護，所以如果你在主程序中用到了如A、PSW等，在中斷程序中又要用它們，還要保證回到主程序后這里面的數(shù)據(jù)還是沒執(zhí)行中斷以前的數(shù)據(jù)，就得自己保護起來。

中斷系統(tǒng)的控制寄存器：

中斷系統(tǒng)有兩個控制寄存器IE和IP，它們分別用來設定各個中斷源的打開／關閉和中斷優(yōu)先級。此外，在TCON中另有4位用于選擇引起外部中斷的條件并作為標志位。

1．中斷允許寄存器--IE

IE在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為A8H，位地址(由低位到高位)分別是A8H-AFH。

IE用來打開或關斷各中斷源的中斷請求，基本格式如下圖二所示：

EA：全局中斷允許位。EA＝0，關閉全部中斷；EA＝1，打開全局中斷控制，在此條件下，由各個中斷控制位確定相應中斷的打開或關閉。

×：無效位。

ES：串行I／O中斷允許位。ES＝1，打開串行I／O中斷；ES＝0，關閉串行I／O中斷。

ETl；定時器／計數(shù)器1中斷允許位。ETl＝1，打開T1中斷；ETl＝O，關閉T1中斷。

EXl：外部中斷l(xiāng)中斷允許位。EXl＝1，打開INT1；EXl＝0，關閉INT1。

ET0：定時器／計數(shù)器0中斷允許位。ET0＝1，打開T0中斷；ET0＝0，關閉TO中斷。

EXO：外部中斷0中斷允許位。Ex0＝1，打開INT0;EX0=0,關閉INT0.

中斷優(yōu)先寄存器--IP：

IP在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為B8H，位地址(由低位到高位)分別是B8H一BFH,IP用來設定各個中斷源屬于兩級中斷中的哪一級，IP的基本格式如下圖三所示：

×：無效位。

PS：串行I／O中斷優(yōu)先級控制位。PS＝1，高優(yōu)先級；PS＝0，低優(yōu)先級。

PTl：定時器／計數(shù)器1中斷優(yōu)先級控制位。PTl＝1，高優(yōu)先級；PTl＝0，低優(yōu)先級。

Pxl：外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位。Pxl＝1，高優(yōu)先級；PXl＝O，低優(yōu)先級。

PT0：定時器／計數(shù)器o中斷優(yōu)先級控制位。PT0＝1，高優(yōu)先級；PTO＝0，低優(yōu)先級。

Px0：外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位。Px0＝1，高優(yōu)先級；Px0＝0，傷優(yōu)先級。

在MCS-51單片機系列中，高級中斷能夠打斷低級中斷以形成中斷嵌套；同級中斷之間，或低級對高級中斷則不能形成中斷嵌套。若幾個同級中斷同時向CPU請求中斷響應，則CPU按如下順序確定響應的先后順序：

INT0一T0---INT1一T1一RI／T1.

中斷的響應過程

若某個中斷源通過編程設置，處于被打開的狀態(tài)，并滿足中斷響應的條件，而且①當前正在執(zhí)行的那條指令已被執(zhí)行完

1、當前末響應同級或高級中斷

2、不是在操作IE，IP中斷控制寄存器或執(zhí)行REH指令則單片機響應此中斷。

在正常的情況下，從中斷請求信號有效開始，到中斷得到響應，通常需要3個機器周期到8個機器周期。中斷得到響應后，自動清除中斷請求標志(對串行I／O端口的中斷標志，要用軟件清除)，將斷點即程序計數(shù)器之值(PC)壓入堆棧(以備恢復用)；然后把相應的中斷入口地址裝入PC，使程序轉(zhuǎn)入到相應的中斷服務程序中去執(zhí)行。

各個中斷源在程序存儲器中的中斷入口地址如下：

中斷源 入口地址

INT0(外部中斷0) 0003H

TF0(TO中斷) 000BH

INT1(外部中斷1) 0013H

TFl(T1中斷) 001BH

RI／TI(串行口中斷) 0023H

由于各個中斷入口地址相隔甚近，不便于存放各個較長的中斷服務程序，故通常在中斷入口地址開始的二三個單元中，安排一條轉(zhuǎn)移類指令，以轉(zhuǎn)入到安排在那兒的中斷服務程序。以T1中斷為例，其過程下如圖四所示。

由于5個中斷源各有其中斷請求標志0，TF0，IEl，TFl以及RI／TI，在中斷源滿足中斷請求的條件下，各標志自動置1，以向CPU請求中斷。如果某一中斷源提出中斷請求后，CPU不能立即響應，只要該中斷請求標志不被軟件人為清除，中斷請求的狀態(tài)就將一直保持,直到CPU響應了中斷為止,對串行口中斷而言，這一過程與其它4個中斷的不同之處在于；即使CPU響應了中斷，其中斷標志RI／TI也不會自動清零，必須在中斷服務程序中設置清除RI／TI的指令后，才會再一次地提出中斷請求。

CPU的現(xiàn)場保護和恢復必須由被響應的相應中斷服務程序去完成，當執(zhí)行RETI中斷返回指令后，斷點值自動從棧頂2字節(jié)彈出，并裝入PC寄存器，使CPU繼續(xù)執(zhí)行被打斷了的程序。

下面給出一個應用定時器中斷的實例。

現(xiàn)要求編制一段程序，使P1．0端口線上輸出周期為2ms的方波脈沖。設單片機晶振頻率

Fosc＝6MHZ．

1、方法：利用定時器T0作1ms定時，達到定時值后引起中斷，在中斷服務程序中，使P1．0的狀態(tài)取一次反，并再次定時1ms。

2、定時初值：機器周期MC＝12/fosc＝2us。所以定時lms所需的機器周期個數(shù)為500D，亦即0lF4H。設T0為工作方式1(16位方式)，則定時初值是(01F4H)求補＝FEOCH

串行端口的控制寄存器：

串行端口共有2個控制寄存器SCON和PCON，用以設置串行端口的工作方式、接收／發(fā)送的運行狀態(tài)、接收／發(fā)送數(shù)據(jù)的特征、波特率的大小，以及作為運行的中斷標志等。

①串行口控制寄存器SCON

SCON的字節(jié)地址是98H，位地址(由低位到高位)分別是98H一9FH。SCON的格式如圖五所示。

SMo，SMl：

串行口工作方式控制位。

00--方式0；01--方式1；

10--方式2；11--方式3。

SM2：

僅用于方式2和方式3的多機通訊控制位

發(fā)送機SM2＝1(要求程控設置)。

當為方式2或方式3時：

接收機 SM2＝1時，若RB8＝1，可引起串行接收中斷；若RB8＝0，不

引起串行接收中斷。SM2＝0時，若RB8＝1，可引起串行接收中斷；若

RB8＝0，亦可引起串行接收中斷。

REN:

串行接收允許位。

0--禁止接收；1--允許接收。

TB8:

在方式2，3中，TB8是發(fā)送機要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。

RB8:

在方式2，3中，RB8是接收機接收到的第9位數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)正好來自發(fā)

送機的TB8。

TI:

發(fā)送中斷標志位。發(fā)送前必須用軟件清零，發(fā)送過程中TI保持零電平，

發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，由硬件自動置1。如要再發(fā)送，必須用軟件再清零。

RI:

接收中斷標志位。接收前，必須用軟件清零，接收過程中RI保持零電平，接收完一幀數(shù)據(jù)后，由片內(nèi)硬件自動置1。如要再接收，必須用軟件再清零。

電源控制寄存器PCON

PCON的字節(jié)地址為87H，無位地址，PCON的格式如圖六所示。需指出的是，對80C31單片機而言，PCON還有幾位有效控制位。

SMOD：波特率加倍位。在計算串行方式1，2，3的波特率時；0---不加倍；1---加倍。

串行中斷的應用特點：

8031單片機的串行I／O端口是一個中斷源，有兩個中斷標志RI和TI，RI用于接收，TI用于發(fā)送。

串行端口無論在何種工作方式下，發(fā)送／接收前都必須對TI／RI清零。當一幀數(shù)據(jù)發(fā)送／接收完后，TI/RI自動置1，如要再發(fā)送／接收，必須先用軟件將其清除。

在串行中斷被打開的條件下，對方式0和方式1來說，一幀數(shù)據(jù)發(fā)送／接收完后，除置位TI／RI外，還會引起串行中斷請求，并執(zhí)行串行中側(cè)目務程序。但對方式2和方式3的接收機而言，還要視SM2和RB8的狀態(tài)，才可確定RI是否被置位以及串行中斷的開放：

SM2 RB8 接收機中斷標志與中斷狀態(tài)

0 1 激活RI，引起中斷

1 0 不激活RI，不引起中斷

1 1 激活RI，引起中斷

單片機正是利用方式2，3的這一特點，實現(xiàn)多機間的通信。串行端口的常用應用方法見相關章節(jié)。

波特率的確定：

對方式0來說，波特率已固定成fosc／12，隨著外部晶振的頻率不同，波特率亦不相同。常用的fosc有12MHz和6MHz，所以波特率相應為1000×103和500×103位／s。在此方式下，數(shù)據(jù)將自動地按固定的波特率發(fā)送／接收，完全不用設置。

對方式2而言，波特率的計算式為2SMOD·fosc／64。當SMOD＝0時，波特率為fm／64；當SMOD＝1時，波特率為fosc／32。在此方式下，程控設置SMOD位的狀態(tài)后，波特率就確定了，不需要再作其它設置。

對方式1和方式3來說，波特率的計算式為2SMOD／32×T1溢出率，根據(jù)SMOD狀態(tài)位的不同，波特率有Tl／32溢出率和T1／16溢出率兩種。由于T1溢出率的設置是方便的，因而波特率的選擇將十分靈活。

前已敘及，定時器Tl有4種工作方式，為了得到其溢出率，而又不必進入中斷服務程序，往往使T1設置在工作方式2的運行狀態(tài)，也就是8位自動加入時間常數(shù)的方式。由于在這種方式下，T1的溢出率(次／秒)計算式可表達成：

下面一段主程序和中斷服務程序，是利用串行方式l從數(shù)據(jù)00H開始連續(xù)不斷增大地串行發(fā)送一片數(shù)據(jù)的程序例。設單片機晶振的頻率為6MHZ，波特率為1200位／秒。