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1、第四章 单片机的中断 单 片 机 应 用 技 术 DANPIANJI YINGYONG JISHU第四章第四章 单片机的中断单片机的中断4.1 中断的概念4.2 单片机的中断结构4.3 中断的响应过程4.4 编写中断服务程序实验：使用中断模拟汽车转向灯第四章第四章 单片机的中断单片机的中断中断是用以提高计算机工作效率、增强计算机功能的一项重要机制。最初引入中断是出于性能上的考量（主要解决CPU与外部设备之间速度不协调）。随着计算机技术的发展，中断不断被赋予新的功能，现在已经成为CPU实时控制外部设备的一种有效手段，可以方便地用于内、外部紧急事件的处理。4.1 中断的概念1 中断、中断源和优先级
2、 中断是指计算机的CPU在正常工作正常工作时，由于内、外部事件或者是程序的预先安排等引起的CPU暂停暂停当前程序运行，转而去处理引发中断的事件服务程序，并在处理完成后，又返回返回原程序继续执行的机制。中断包含含义中断包含含义：1、中断产生具有不可确定性，是随机产生的或是预先设定条件的。2、中断会暂停当前程序运行，转去执行处理中断事件的服务程序。3、中断服务程序完成后，会返回原程序并继续执行。4.1 中断的概念引发中断的事件或原因，称之为中断源中断源。产生中断时，中断源会向CPU发出中断请求，CPU接到请求后，暂进停止当前的程序运行，转而执行此中断源的服务程序，该服务程序运行完成后，CPU再回到
3、原来程序被暂停的位置，继续执行。4.1 中断的概念 在中断执行过程中，还有可能继续产生新的中断，即CPU在响应A中断过程中，又有新的中断B要被响应，于是CPU又将A的中断服务程序暂停，转而去执行新产生中断B的服务程序，待此程序执行完毕后，又回来继续执行最初的暂停的A的中断服务程序。这就是中断的嵌套。中断的嵌套。4.1 中断的概念但是并不是所有的中断都会被新来的中断所打断，这里有个优先级的问题。计算机的中断管理也和人类社会一样是有优先级的。一般来讲，低级的中断不能打低级的中断不能打断高级的中断，高级的中断却可以打断低断高级的中断，高级的中断却可以打断低级的中断。级的中断。4.1 中断的概念2 5
4、1单片机的中断源与优先级 51单片机共有5个中断源。 1、INT0：外部中断0，由P3.2口线引入，由低电平或下降沿引发 2、INT1：外部中断1，由P3.3口线引入，由低电平或下降沿引发。 3、T0：定时器/计数器0中断，由T0计数器计满溢出引发。 4、T1：定时器/计数器1中断，由T1计数器计满溢出引发。 5、TI/RI：串行口中断0，由串行口一帧字符的发送/接收完成引发。4.1 中断的概念中断源默认的级别在C51中的编号备注INT010外部中断0T021定时/计数器0INT132外部中断1T143定时/计数器1TI/RI54串行口中断T265定时/计数器2，52单片机特有 51单片机的中
5、断源4.1 中断的概念 51系列单片机的中断源有高、低两个中断优先级高、低两个中断优先级，每个中断源可在中断优先级寄存器中断优先级寄存器IP中设置其优先级别。如果没有设置优先级，则同为低优先级。如果设置了优先级，则中断源在响应时遵循如下的规则： 低优先级中断可被高优先级中断请求打断从而形成中断嵌套。 一种中断（不论是什么优先级）一旦得到响应，与之同级的其他中断请求将不能打断它。 当同一优先级别的中断请求同时发生时，哪一个会得到CPU的响应取决于内部的查询顺序，如表42所示。4.2 单片机的中断结构51单片机的中断结构由与中断源有关中断的特殊功能寄存器、中断入口、顺序查询逻辑电路等组成。与中断有
6、关的特殊功能寄存器共有4个，分别是中断控制寄存器IE、IP、TCON(后4位)和SCON(其中2位)。由他们来控制中断源的类型、中断的开关和中断源优先级确定等。TCONIEIP硬件查询4.2 单片机的中断结构4.2 单片机的中断结构1 中断允许寄存器（中断允许寄存器（IE） 在51系列单片机中，中断的允许或禁止是由中断允许寄中断允许寄存器（存器（IE）来控制的。它既控制着它既控制着CPU对所有中断源的总开对所有中断源的总开放或总禁止，还控制着对某个指定中断源的开放或禁止。放或总禁止，还控制着对某个指定中断源的开放或禁止。中断允许寄存器是8位寄存器，其最高位就是决定CPU是否响应中断请求的总控制
7、位，其余每个位都对应一个中断源（D6除外）。 在C51的头文件中对这些位都预先进行了定义，因此在C51程序中可以对每一个中断源进行控制。4.2 单片机的中断结构D7D6D5D4D3D2D1D0EA未使用ET2ESET1EX1ET0EX0EA：全局中断控制位。 当EA1时，允许CPU响应中断。 当EA0时，CPU不响应任何中断。ES：串行口的中断控制位。 当ES1时，允许串行口中断。 当ES0时，禁止串行口中断。ET1：定时器T1的中断控制位。 当ET11时，允许T1中断。 当ET10时，禁止T1中断。EX1：外部中断1的中断控制位 当EX11时，允许外部中断1中断。 当EX10时，禁止外部中断
8、1中断。ET0：定时器T0的中断控制位。 当ET01时，允许T0中断。 当ET00时，禁止T0中断。EX0：外部中断0的中断控制位 当EX01时，允许外部中断0中断。 当EX00时，禁止外部中断0中断。中断允许寄存器中断允许寄存器IE及其位定义及其位定义4.2 单片机的中断结构当IE寄存器中的EA位为0时，所有中断源都不会得到响应，只有当EA为1时，传递到CPU的中断源才会得到响应。此时其余的六位哪一位为1，相应的中断源信号就会被送到CPU中，从而得到响应。 因此在C51编程中，除了要设定EA1外，还要设定某个中断源为1，才能正确响应对应的中断服务程序。当系统复位后，IE寄存器中的全部都复位为
9、0。使用时需要使用软件进行设置。4.2 单片机的中断结构课堂练习1写出满足下列要求的IE寄存器值：允许系统响应中断，但只响应串行中断和外部中断1。课堂练习2 试分析IE寄存器值为0 x83时，所表示的含义。4.2 单片机的中断结构分 析1 IE寄存器中EA是全局中断的控制位，由它来控制是否允许系统响应中断，依据要求EA位应为1。IE寄存器中ES为串行口中断控制位，ES为1时系统可以响应串行中断，同理EX1为外部中断1的中断控制位，将其设为1，表示允许系统响应外部中断1。 依据上述分析，写出IE寄存器的值为：10010100 即0 x94。4.2 单片机的中断结构分 析2 首先需要将0 x83转
10、换为二进制即10000011，将得到的二进制数值与表43对照，可以看到对应位置的EA、ET0、EX0均为1，这表示三个对应位控制的中断都是允许状态。 依据上述分析，可以得到其所代表的含义为：允许系统响应中断，但只响应计时器0和外部中断0产生的中断。4.2 单片机的中断结构2 中断优先级寄存器（IP） 51系列单片机中，中断源除了具有默认的级别，还可以通过IP寄存器进行优先级的设定。 51系列单片机只有两个优先级，即通过IP寄存器只能设定为高优先级或低优先级。高优先级中断能够打断低优先级中断以形成中断嵌套，同优先级中断之间，或者是低级对高级中断不能形成中断嵌套。若同时有几个同级中断同时提出了中断
11、请求，又没有设定优先级，则按照表42所示的自然优先顺序响应，若设定了优先级别，则按设定的顺序来确定响应的顺序。4.2 单片机的中断结构D7D6D5D4D3D2D1D0未用未用PT2PSPT1PX1PT0PX0PS：串行口的优先级设定。 当PS1时，串行口产生的中断定义为高优先级。 当PS0时，串行口产生的中断定义为低优先级。PT1：定时器T1的优先级设定。 当PT11时，T1产生的中断定义为高优先级。 当PT10时，T1产生的中断定义为低优先级。PX1：外部中断1的优先级设定。 当PX11时，外部中断1产生的中断定义为高优先级。 当PX10时，外部中断1产生的中断定义为低优先级。中断优先级寄存
12、器（中断优先级寄存器（IP）PT0：定时器T0的优先级设定。 当PT01时，T0产生的中断定义为高优先级。 当PT00时，T0产生的中断定义为低优先级。PX0：外部中断0的优先级设定。 当PX01时，外部中断0产生的中断定义为高优先级。 当PX00时，外部中断0产生的中断定义为低优先级。 在C51的头文件中也对IP寄存器及内部各位进行预定义，因此可以在C51程序中，直接使用位定义的名字对IP整体或指定位进行设定来指定各中断源设定优先级。4.2 单片机的中断结构4.2 单片机的中断结构课程练习程练习1 设8051单片机的中断优先级寄存器IP0 x06，如果此时5个中断源同时产生了中断，那么中断响
13、应的顺序是什么样的。 课堂练习课堂练习2 现要设定串行中断和定时器0中断具有高优先级，而外部中断1、外部中断0和定时器1为低优先级，请写出IP寄存器的设定内容。课堂练习课堂练习3 单片机的IP寄存器内容为0 x06，当前CPU正在响应外部中断0，此时又产生了外部中断1，问此时是否会形成中断嵌套？4.2 单片机的中断结构分析1 IP寄存器的内容为0 x06即为二进制数00000110，对照表44，可以知道外部中断1和定时器0被设置为了高优先级，其他均为低优先级。 由于有两个中断源具有高优先级，所以在响应中断时，这两个中断要先响应。接着把具有高优先级的中断按自然优先权顺序（表42）进行排队，首先响
14、应的是定时器T0，然后是外部中断1。剩下的三个低优先级中断，也要按自然优先权顺序排队，依次是外部中断0、定时器T1和串行口中断。4.2 单片机的中断结构 分 析2 对照表44可知，串行中断和定时器0的优先级设定位分别为PS和PT0，将其置1即可将对应的中断优先级设定为高优先级。其余位为0，对应的中断优先级为低优先级。 依据上述分析，写出IP寄存器的内容为00010010，即0 x12。4.2 单片机的中断结构分 析3 IP寄存器的内容为0 x06，即二进制数00000110，查表44可知，此时外部中断1和定时器0中断具有高优先级，其他的中断都为低优先级。当前系统正在响应的外部中断0为低优先级，
15、新产生的外部中断1具有高优先级，可以打断当前的中断，形成中断嵌套。4.2 单片机的中断结构D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT03 定时定时/计数器控制寄存器计数器控制寄存器TCON TCON是定时/计数器的控制寄存器，他是8位寄存器，其高4位主要用来控制定时器的启、停，标志定时器的溢出和中断等情况；其低四位是对外部中断的控制位。IT0：外部中断0的触发方式选择。当IT01时，负跳变触发方式，即外部中断0的引脚（即INT0）上产生电平从高到低的负跳变有效。当IT00时，低电平触发方式。即外部中断0的引脚（即INT0）上为低电平有效。IE0：外部中断0的
16、请求标志。当外部中断0的引脚（即INT0）上出现中断请求信号时（为低电平或负跳变，由IT0决定），此位由硬件置位。在CPU响应中断后，再由硬件自动复位清0。 由于CPU在每个机器周期采样INT0的输入电平，因此在INT0采用负跳变负跳变触发方式时，在两个连续的两个连续的机器周期机器周期期间采样的INT0应当分别是高电平和低电平，才能构成负跳变。 因此这也要求INT0的输入高、低电平的持续时间必须保持在12个振荡周期个振荡周期（1个机器周期）以上。4.2 单片机的中断结构4.2 单片机的中断结构课堂练习请设定单片机的TCON寄存器为系统检测到INT1出现下降沿即认定为产生中断。4.2 单片机的中
17、断结构分 析对照表45可知，IT1位为外部中断1的触发方式选择位。该位值为1时，表示引脚出现负跳变为中断触发方式；为0时，表示引脚出现低电平为中断触发方式。4.2 单片机的中断结构4 串行口寄存器串行口寄存器SCON 串行口寄存器SCON主要用于设定串行口的工作方式、接收/发送控制以及设置状态标志等。其最后两位用于设定串行口的中断标志。D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRID7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRITI：串行口的发送中断标志位。当TI1时，向CPU发出串行口的发送中断请求，该位由硬件自动置位。当TI0时，取
18、消此中断请求。RI：串行口的接收中断标志位。当RI1时，向CPU发出串行口的接收中断请求，该位由硬件自动置位。当RI0时，取消此中断请求。 TI与与RI在中断结束后，都需要使用软件复位在中断结束后，都需要使用软件复位。4.2 单片机的中断结构4.3 中断的响应过程 中断的作用是对外部异步发生的事件做出及时的处理。中断的处理过程分为：中断请求、中斯中断请求、中斯响应、中断处理和中断返回响应、中断处理和中断返回。 当CPU正在执行主程序第N条指令时，突然接到中断请求信号，此时CPU要执行完本条指令，然后中断当前主程序的执行并保存断点地址，接着才转去响应中断。当中断处理程序完成后，CPU要从堆栈中取
19、回先前保存的断点地址，返回主程序的中断地址，继续执行原理的主程序。4.3 中断的响应过程中断响应流程图中断响应流程图4.3 中断的响应过程 在中断请求后并不是所有的中断都会被及时响应，若有下面三种情况之一，都会延迟中断响应时间。 CPU正在执行同级或高级中断的中断服务程序。 当前机器周期不是正在执行指令的最后一个周期。在所有CPU设计中，任意一条指令的执行过程都是不可分割的，不能被任何事情中断。 当前执行的指令是中断返回指令或任何对IE、IP写操作的指令。几乎所有CPU的中断系统都规定，在执行这类中断返回指令或对中断控制进行设置的指令后，必须再继续执行至少一个其他指令才能响应中断。4.4 编写
20、中断服务程序一旦允许了中断，当中断响应条件满足时，CPU就会自动调用中断服务程序。中断服务程序的入口地址是相对固定的，而普通的功能程序入口则是随意设置的。另外，中断服务程序的调用方式也不同于普通的功能程序，中断服务程序的调用是靠中断申请信号。void 函数名函数名( ) interrupt 中断号中断号 using 工作组工作组 中断服务程序内容中断服务程序内容 此处的interrupt和using是C51的关键字，interrupt表示该函数是一个中断服务函数，n表示该中断服务函数所对应的中断源4.4 编写中断服务程序4.4 编写中断服务程序在C51中编写中断服务程序还要注意以下几点中断服务
21、程序不能有返回值。中断函数名不能与C51的关键字重复。中断号是指单片机中的中断源序号，详见表41。using 工作组是指该中断函数使用单片机内存中4组工作寄存器的哪一组，由于C51编译器会自动分配，因此使用C51编写中断函数时这一句通常可以不写。4.4 编写中断服务程序课堂练习简易报警器。 51单片机的P1.0和P1.1口分别连接着发光二极管和蜂鸣器，P3.2口即单片机的口连接一个按键开关KEY1。当KEY1开关按下时，相当于产生了一个外部中断，此时蜂鸣器会发出鸣叫报警声，同时发光二极管会跟随闪烁。P3.3口即单片机的口连接一个按键开关STOP，当STOP开关按下时，停止报警和闪烁。4.4 编
22、写中断服务程序4.4 编写中断服务程序分 析 本程序中使用了蜂鸣器。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。方波输入进蜂鸣器就会产生声音，通过控制方波的频率、时间，还能产生简单的音乐等。 单片机的P3.2口(即外部中断0） 连接一个按键开关，当开关闭合瞬间，产生负跳变，相当于产生了一个外部中断请求信号，CPU响应这个中断，将执行相应的中断服务程序，我们只需要在中断服务程序当中将P1.0置为低电平，则三极管将导通，蜂鸣器就会发出鸣叫。当P1.0为高电平时，三极管不会导通，蜂鸣器就不会鸣叫。4.4 编写中断服务程序 三极管在数字电路中应用主要是利用它在饱和区和截止区时，只有高、低两个电平
23、，因此可以当作开关使用。对于NPN型三极管，当基极电流为0时，三极管集电极电流为0（即三极管截止），相当于开关断开；当基极电流增大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，这样应用的三极管一般把它叫做开关管开关管。 观察电路原理图，只需要使P1.0、P1.1产生低电平，就可以使三极管导通，从而使蜂鸣器发出声音，发光二极管点亮。首先设置变量buzzer为P1.0口，其代码为sbit buzzer=P10。在后面就可以使用buzzer来代表P1.0口了，使P1.0为低电平，即buzzer=0，就是使蜂鸣器发声的代码。4.4 编写中断服务程序4.4 编写中断服务程序本
24、例中涉及到的两个外部中断构成了中断嵌套，外部中断0具有低优先级，他的作用是触发报警装置，并进行报警鸣叫。外部中断1具有高优先级，他的作用是使报警装置复位。这里通过一个控制变量flag来实现。当KEY1键按下时，会触发报警装置鸣叫、闪烁；此时按下STOP键，因其具有高优先级，故要暂时中断KEY1的中断服务程序，在STOP的中断服务程序中，使控制变量flag置1；随后返回到原先中断的KEY1的中断服务程序中，在这个程序中，每次鸣叫、闪烁时都要检查flag值，当检查flag值为1时，不具报警条件结束鸣叫。这种控制方法很常用，需要大家掌握。4.4 编写中断服务程序课堂练习使用中断方式检测键盘按键有一个
25、单片机系统上使用P1口安装了四个按键，并通过一个四路的与非门和反相器后，连接到了单片机的外部中断0引脚上；P0口接了一只数码管，请使用中断方式，判断当前按了哪个键，并将按键的编号通过数码管显示出来。4.4 编写中断服务程序4.4 编写中断服务程序分 析 与逐个键位扫描的方式相比，使用中断方式进行键盘检测，速度较快，适合于在快速反应的系统中应用。其工作其工作原理很简单，当用户按下某个键位时，该按键所连接的引原理很简单，当用户按下某个键位时，该按键所连接的引脚产生低电平，与之相连接的与非门，因引脚值的改变而脚产生低电平，与之相连接的与非门，因引脚值的改变而改变，经反相器后，到达外部中断改变，经反相
26、器后，到达外部中断0的引脚，触发外部中的引脚，触发外部中断请求断请求。 在外部中断0的中断服务程序中，首先读取与按键相连的P1口的状态，并将得到的结果与事先准备的键值编码进行比较，确定出本次按键的键值位置，将该位置信息对应到数码管的显示列表中，即得到将来显示的段选码，将这个段选码通过P0口输出，就使数码管点亮并显示出了按键的号码。4.4 编写中断服务程序实验 使用中断模拟汽车转向灯实验目的 学会使用 Keil和Proteus软件进行单片机C51语言程序设计与开发； 了解和掌握51单片机的中断组成、中断控制工作原理、中断处理过程、外部中断的中断触发方式； 掌握中断服务程序的编程方法。实验内容 设
27、计一个汽车转向灯，当按下K1键时，红色灯亮；当按下K2键时绿色灯亮。由此来模拟汽车打开左右转向时的情景。实验 使用中断模拟汽车转向灯序号元件名称（英文）中文名称或含义1AT89C51Atmel公司生产的51系列单片机2RES电阻（双击后更改阻值为330）3PNPPNP型三极管4BUTTON按钮开关5LED-RED红色发光二极管6LED-GREEN绿色发光二极管所需元件列表所需元件列表实验 使用中断模拟汽车转向灯实验 使用中断模拟汽车转向灯实验 使用中断模拟汽车转向灯实验总结1、中断程序中各标志位的含义、特殊单元的功能需熟记。2、按下开关后 出现低电平，但如果不很快释放按键，就会出现一次按键引起多次中断响应。这点在仿真中不会出现，但在实物电路中必定会出现。为解决这一矛盾，可在中断响应前加入防抖动程序。3、注意开关应选用button而不能用switch，因为button按下后自动跳开，产生一个下降沿，引起中断响应，即按一次button产生一个下降沿和一个上升沿。而switch按下后不能自动跳开。4、EA=1时系统才会响应各种中断，否则任何中断都不会执行。课后习题一、填空题（1、2、3、6、7）二、选择题（1、2、6、7、8）三、简答题（1、3）四、编程题（1、2、3、4）五、设计题（1）