平凡單片機(jī)教學(xué) 第十七講 中斷系統(tǒng)

什么是中斷，我們從一個(gè)生活中的例子引入。你正在家中看書(shū)，突然電話(huà)鈴響了，你放下書(shū)本，去接電話(huà)，和來(lái)電話(huà)的人交談，然后放下電話(huà)，回來(lái)繼續(xù)看你的書(shū)。這就是生活中的“中斷”的現(xiàn)象，就是正常的工作過(guò)程被外部的事件打斷了。

仔細(xì)研究一下生活中的中斷，對(duì)于我們學(xué)習(xí)單片機(jī)的中斷也很有好處。第一、什么可經(jīng)引起中斷，生活中很多事件可以引起中斷：有人按了門(mén)鈴了，電話(huà)鈴響了，你的鬧鐘鬧響了，你燒的水開(kāi)了….等等諸如此類(lèi)的事件，我們把可以引起中斷的稱(chēng)之為中斷源，單片機(jī)中也有一些可以引起中斷的事件，8031中一共有5個(gè)：兩個(gè)外部中斷，兩個(gè)計(jì)數(shù)/定時(shí)器中斷，一個(gè)串行口中斷。

第二、中斷的嵌套與優(yōu)先級(jí)處理：設(shè)想一下，我們正在看書(shū)，電話(huà)鈴響了，同時(shí)又有人按了門(mén)鈴，你該先做那樣呢？如果你正是在等一個(gè)很重要的電話(huà)，你一般不會(huì)去理會(huì)門(mén)鈴的，而反之，你正在等一個(gè)重要的客人，則可能就不會(huì)去理會(huì)電話(huà)了。如果不是這兩者（即不等電話(huà)，也不是等人上門(mén)），你可能會(huì)按你通常的習(xí)慣去處理?？傊@里存在一個(gè)優(yōu)先級(jí)的問(wèn)題，單片機(jī)中也是如此，也有優(yōu)先級(jí)的問(wèn)題。優(yōu)先級(jí)的問(wèn)題不僅僅發(fā)生在兩個(gè)中斷同時(shí)產(chǎn)生的情況，也發(fā)生在一個(gè)中斷已產(chǎn)生，又有一個(gè)中斷產(chǎn)生的情況，比如你正接電話(huà)，有人按門(mén)鈴的情況，或你正開(kāi)門(mén)與人交談，又有電話(huà)響了情況?？紤]一下我們會(huì)怎么辦吧。

第三、中斷的響應(yīng)過(guò)程：當(dāng)有事件產(chǎn)生，進(jìn)入中斷之前我們必須先記住現(xiàn)在看書(shū)的第幾頁(yè)了，或拿一個(gè)書(shū)簽放在當(dāng)前頁(yè)的位置，然后去處理不同的事情（因?yàn)樘幚硗炅?，我們還要回來(lái)繼續(xù)看書(shū)）：電話(huà)鈴響我們要到放電話(huà)的地方去，門(mén)鈴響我們要到門(mén)那邊去，也說(shuō)是不同的中斷，我們要在不同的地點(diǎn)處理，而這個(gè)地點(diǎn)通常還是固定的。計(jì)算機(jī)中也是采用的這種方法，五個(gè)中斷源，每個(gè)中斷產(chǎn)生后都到一個(gè)固定的地方去找處理這個(gè)中斷的程序，當(dāng)然在去之前首先要保存下面將執(zhí)行的指令的地址，以便處理完中斷后回到原來(lái)的地方繼續(xù)往下執(zhí)行程序。具體地說(shuō)，中斷響應(yīng)可以分為以下幾個(gè)步驟：1、保護(hù)斷點(diǎn)，即保存下一將要執(zhí)行的指令的地址，就是把這個(gè)地址送入堆棧。2、尋找中斷入口，根據(jù)5個(gè)不同的中斷源所產(chǎn)生的中斷，查找5個(gè)不同的入口地址。以上工作是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成的，與編程者無(wú)關(guān)。在這5個(gè)入口地址處存放有中斷處理程序（這是程序編寫(xiě)時(shí)放在那兒的，如果沒(méi)把中斷程序放在那兒，就錯(cuò)了，中斷程序就不能被執(zhí)行到）。3、執(zhí)行中斷處理程序。4、中斷返回：執(zhí)行完中斷指令后，就從中斷處返回到主程序，繼續(xù)執(zhí)行。

究竟單片機(jī)是怎么樣找到中斷程序所在位置，又怎么返回的呢？我們稍后再談。

1.MCS-51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：

如圖（抱歉，本圖請(qǐng)找本51書(shū)看一下）所示，由與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器、中斷入口、順序查詢(xún)邏輯電路等組成，包括5個(gè)中斷請(qǐng)求源，4個(gè)用于中斷控制的寄存器IE、IP、ECON和SCON來(lái)控制中斷類(lèi)弄、中斷的開(kāi)、關(guān)和各種中斷源的優(yōu)先級(jí)確定。

中斷請(qǐng)求源：

（1）外部中斷請(qǐng)求源：即外中斷0和1，經(jīng)由外部引腳引入的，在單片機(jī)上有兩個(gè)引腳，名稱(chēng)為INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3這兩個(gè)引腳。在內(nèi)部的TCON中有四位是與外中斷有關(guān)的。

IT0：INT0觸發(fā)方式控制位，可由軟件進(jìn)和置位和復(fù)位，IT0=0，INT0為低電平觸發(fā)方式，IT0=1，INT0為負(fù)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(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng)有外部的中斷請(qǐng)求時(shí)，這位就會(huì)置1（這由硬件來(lái)完成），在CPU響應(yīng)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(qǐng)求源

TF0：定時(shí)器T0的溢出中斷標(biāo)記，當(dāng)T0計(jì)數(shù)產(chǎn)生溢出時(shí)，由硬件置位TF0。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后，再由硬件將TF0清0。

TF1：與TF0類(lèi)似。

TI、RI：串行口發(fā)送、接收中斷，在串口中再講解。

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(jìn)行位尋址的8位中斷允許寄存器IE來(lái)控制的。見(jiàn)下表

EA X X ES ET1 EX1 ET0 EX0

其中EA是總開(kāi)關(guān)，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(shí)器1中斷允許

EX1－外中斷1中斷允許。

ET0－定時(shí)器0中斷允許

EX0－外中斷0中斷允許。

如果我們要設(shè)置允許外中斷1，定時(shí)器1中斷允許，其它不允許，則IE可以是

EA X X ES ET1 EX1 ET0 EX0

1 0 0 0 1 1 0 0

即8CH，當(dāng)然，我們也可以用位操作指令

SETB EA

SETB ET1

SETB EX1

來(lái)實(shí)現(xiàn)它。

3、五個(gè)中斷源的自然優(yōu)先級(jí)與中斷服務(wù)入口地址

外中斷0：0003H

定時(shí)器0：000BH

外中斷1：0013H

定時(shí)器1：001BH

串口 ：0023H

它們的自然優(yōu)先級(jí)由高到低排列。

寫(xiě)到這里，大家應(yīng)當(dāng)明白，為什么前面有一些程序一始我們這樣寫(xiě)：

ORG 0000H

LJMP START

ORG 0030H

START：

。

。

。

這樣寫(xiě)的目的，就是為了讓出中斷源所占用的向量地址。當(dāng)然，在程序中沒(méi)用中斷時(shí)，直接從0000H開(kāi)始寫(xiě)程序，在原理上并沒(méi)有錯(cuò)，但在實(shí)際工作中最好不這樣做。

優(yōu)先級(jí)：?jiǎn)纹瑱C(jī)采用了自然優(yōu)先級(jí)和人工設(shè)置高、低優(yōu)先級(jí)的策略，即可以由程序員設(shè)定那些中斷是高優(yōu)先級(jí)、哪些中斷是低優(yōu)先級(jí)，由于只有兩級(jí)，必有一些中斷處于同一級(jí)別，處于同一級(jí)別的，就由自然優(yōu)先級(jí)確定。

開(kāi)機(jī)時(shí)，每個(gè)中斷都處于低優(yōu)先級(jí)，我們可以用指令對(duì)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行設(shè)置。看表2

中斷優(yōu)先級(jí)中由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP來(lái)高置的，IP中某位設(shè)為1，相應(yīng)的中斷就是高優(yōu)先級(jí)，否則就是低優(yōu)先級(jí)。

X X X PS PT1 PX1 PT0 PX0

例：設(shè)有如下要求，將T0、外中斷1設(shè)為高優(yōu)先級(jí)，其它為低優(yōu)先級(jí)，求IP的值。

IP的首3位沒(méi)用，可任意取值，設(shè)為000，后面根據(jù)要求寫(xiě)就可以了

X X X PS PT1 PX1 PT0 PX0

0 0 0 0 0 1 1 0

因此，最終，IP的值就是06H。

例：在上例中，如果5個(gè)中斷請(qǐng)求同時(shí)發(fā)生，求中斷響應(yīng)的次序。

響應(yīng)次序?yàn)椋憾〞r(shí)器0－＞外中斷1－＞外中斷0－＞實(shí)時(shí)器1－＞串行中斷。

MCS－51的中斷響應(yīng)過(guò)程：

1、中斷響應(yīng)的條件：講到這兒，我們依然對(duì)于計(jì)算機(jī)響應(yīng)中斷感到神奇，我們?nèi)丝梢皂憫?yīng)外界的事件，是因?yàn)槲覀冇卸喾N“傳感器“――眼、耳可以接受不同的信息，計(jì)算機(jī)是如何做到這點(diǎn)的呢？其實(shí)說(shuō)穿了，一點(diǎn)都不希奇，MCS51工作時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期中都會(huì)去查詢(xún)一下各個(gè)中斷標(biāo)記，看他們是否是“1“，如果是1，就說(shuō)明有中斷請(qǐng)求了，所以所謂中斷，其實(shí)也是查詢(xún)，不過(guò)是每個(gè)周期都查一下而已。這要換成人來(lái)說(shuō)，就相當(dāng)于你在看書(shū)的時(shí)候，每一秒鐘都會(huì)抬起頭來(lái)看一看，查問(wèn)一下，是不是有人按門(mén)鈴，是否有電話(huà)。。。。很蠢，不是嗎？可計(jì)算機(jī)本來(lái)就是這樣，它根本沒(méi)人聰明。

了解了上述中斷的過(guò)程，就不難解中斷響應(yīng)的條件了。在下列三種情況之一時(shí)，CPU將封鎖對(duì)中斷的響應(yīng)：

CPU正在處理一個(gè)同級(jí)或更高級(jí)別的中斷請(qǐng)求。

現(xiàn)行的機(jī)器周期不是當(dāng)前正執(zhí)行指令的最后一個(gè)周期。我們知道，單片機(jī)有單周期、雙周期、三周期指令，當(dāng)前執(zhí)行指令是單字節(jié)沒(méi)有關(guān)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(yīng)中斷（因?yàn)橹袛嗖樵?xún)是在每個(gè)機(jī)器周期都可能查到的）。

當(dāng)前正執(zhí)行的指令是返回批令（RETI）或訪(fǎng)問(wèn)IP、IE寄存器的指令，則CPU至少再執(zhí)行一條指令才應(yīng)中斷。這些都是與中斷有關(guān)的，如果正訪(fǎng)問(wèn)IP、IE則可能會(huì)開(kāi)、關(guān)中斷或改變中斷的優(yōu)先級(jí)，而中斷返回指令則說(shuō)明本次中斷還沒(méi)有處理完，所以都要等本指令處理結(jié)束，再執(zhí)行一條指令才可以響應(yīng)中斷。

2、中斷響應(yīng)過(guò)程

CPU響應(yīng)中斷時(shí)，首先把當(dāng)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(biāo)記，將相應(yīng)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(huì)到什么地方去取指令，所以程序就會(huì)轉(zhuǎn)到中斷入口處繼續(xù)執(zhí)行。這些工作都是由硬件來(lái)完成的，不必我們?nèi)タ紤]。這里還有個(gè)問(wèn)題，大家是否注意到，每個(gè)中斷向量地址只間隔了8個(gè)單元，如0003－000B，在如此少的空間中如何完成中斷程序呢？很簡(jiǎn)單，你在中斷處安排一個(gè)LJMP指令，不就可以把中斷程序跳轉(zhuǎn)到任何地方了嗎？

一個(gè)完整的主程序看起來(lái)應(yīng)該是這樣的：

ORG 0000H

LJMP START

ORG 0003H

LJMP INT0 ；轉(zhuǎn)外中斷0

ORG 000BH

RETI ；沒(méi)有用定時(shí)器0中斷，在此放一條RETI，萬(wàn)一 “不小心“產(chǎn)生了中斷，也不會(huì)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(huì)把堆棧中保存著的地址取出，送回PC，那么程序就會(huì)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(hù)工作是很有限的，只保護(hù)了一個(gè)地址，而其它的所有東西都不保護(hù)，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(méi)執(zhí)行中斷以前的數(shù)據(jù)，就得自己保護(hù)起來(lái)。