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MCS-51的中断系统
[1].MCS-51的中断结构 |
计算机的中断系统能够加强cpu对多任务事件的处理能力。从而使它的应用范围进一步扩大。在MCS-48结构的基础上,MCS-51在增强了I/O的种类、功能和数量的同时,也增强了中断能力。MCS-51提供了5个中断源,两个中断优先级控制,可实现两个中断服务嵌套。当CPU支持中断屏蔽指令后,可将一部分或所有的中断关断,只有打开相应的中断控制位后,方可接收相应的中断请求。程序设置中断的允许或屏蔽,也可设置中断的优先级。
[2].中断处理流程 CPU响应中断请求后,就立即转入执行中断服务程序。不同的中断源、不同的中断要求可能有不同的中断处理方法,但它们的处理流程一般都如下所述。 现场保护和现场恢复 中断是在执行其它任务的过程中转去执行临时的任务,为了在执行完中断服务程序后,回头执行原先的程序时,知道程序原来在何处打断的,各有关寄存器的内容如何,就必须在转入执行中断服务程序前,将这些内容和状态进行备份——即保护现场。就象文章开头举的例子,在看书时,电话玲响需传去接电话时,必须在书本上做个记号,以便在接完电话后回来看书时,知道从哪些内容继续往下看。计算机的中断处理方法也如此,中断开始前需将个有关寄存器的内容压入堆栈进行保存,以便在恢复原来程序时使用。 中断服务程序完成后,继续执行原先的程序,就需把保存的现场内容从堆栈中弹出,恢复积存器和存储单元的原有内容,这就是现场恢复。 如果在执行中断服务时不是按上述方法进行现场保护和恢复现场,就会是程序运行紊乱,程序跑飞,自然使单片机不能正常工作。 中断打开和中断关闭 在中断处理进行过程中,可能又有新的中断请求到来,这里规定,现场保护和现场恢复的操作是不允许打扰的,否则保护和恢复的过程就可能使数据出错,为此在进行现场保护和现场恢复的过程中,必须关闭总中断,屏蔽其它所有的中断,待这个操作完成后再打开总中断,以便实现中断嵌套。 中断服务程序 既然有中断产生,就必然有其具体的需执行的任务,中断服务程序就是执行中断处理的具体内容,一般以子程序的形式出现,所有的中断都要转去执行中断服务程序,进行中断服务。 中断返回 执行完中断服务程序后,必然要返回,中断返回就是被程序运行从中断服务程序转回到原工作程序上来。在MCS-51单片机中,中断返回是通过一条专门的指令实现的,自然这条指令是中断服务程序的最后一条指令。 [3].MCS-51的中断源 8051有5个中断源,它们是两个外中断INT0(P3.2)和INT1(P3.3)、两个片内定时/计数器溢出中断TF0和TF1,一个是片内串行口中断TI或RI,这几个中断源由TCON和SCON两个特殊功能寄存器进行控制。 在前一节,我们已对TCON的控制位进行了说明,现在继续对它的中断控制有关的位进行谈论。TCON寄存器的结构如下: |
表1 TCON寄存器结构 | |||||||||
TCON | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | |
TF1 | TR1 | TF0 | TR0 | IE1 | IT1 | IE0 | IT0 | ||
位地址 | 8FH | 8EH | 8DH | 8CH | 8BH | 8AH | 89H | 88H |
· IE1:外部边沿触发中断1请求标志,其功能和操作类似于TF0。
· IT1:外部中断1类型控制位,通过软件设置或清楚,用于控制外中断的触发信号类型。IT1=1,边沿触发。IT=0是电平触发。 · IE0:外部边沿触发中断0请求标志,其功能和操作类似于IE1。 · IT0:外部中断0类型控制位,通过软件设置或清楚,用于控制外中断的触发信号类型。其功能和操作类似于IE1。 SCON是串行口控制寄存器,字节地址为98H,SCON的低二位是串行口的发送和接收中断标志,其格式如下: |
表2 SCON寄存器结构 | |||||||||
SCON | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | |
- | - | - | - | - | - | TI | RI | ||
位地址 | 99H | 98H |
· TI:MCS-51串行口的发送中断标志,在串行口以方式0发送时,每当发送完8位数据,由硬件置位。如果以方式1、方式2或方式3发送时,在发送停止位的开始时TI被置1,TI=1表示串行发送器正向CPU发出中断请求,向串行口的数据缓冲器SBUF写入一个数据后就立即启动发送器继续发送。但是CPU响应中断请求后,转向执行中断服务程序时,并不清零TI,TI必须由用户的中断服务程序清“0”,即中断服务程序必须有“CLR TI”或“ANL SCON, #0FDH”等指令来清零TI。
· RI:串行口接收中断标志.若串行口接收器允许接收,并以方式0工作,每当接收到8位数据时,RI被置1,若以方式1、2、3方式工作,当接收到半个停止位时,TI被置1,当串行口一方式2或3方式工作,且当SM2=1时,仅当接收到第9位数据RB8为1后,同时还要在接收到半个停止位时,RI被置1。RI为1表示串行口接收器正向CPU申请中断。同样RI标志栩栩如生由用户的软件清“0”。 |
[4].中断的控制
对于中断控制,在上一节中我们已经对TCON和SCON进行了分析,其实它们两个寄存器也是中断的控制寄存器,负责对中断的部分功能进行控制。我们这里谈论的是另外两个控制寄存器IE和IP。 MCS-51的对中断的开放和屏蔽是由中断允许寄存器IE控制来实现的,IE的结构格式如下。 |
表3 IE寄存器结构 | |||||||||
IE | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | |
EA | - | - | ES | ET1 | EX1 | ET0 | EX0 | ||
位地址 | AFH | ACH | ABH | AAH | A9H | A8H |
下面我们对IE寄存器的各控制位进行介绍:
· EA:中断总控制位,EA=1,CPU开放中断。EA=0,CPU禁止所有中断。 · ES:串行口中断控制位,ES=1允许串行口中断,ES=0,屏蔽串行口中断。 · ET1:定时/计数器T1中断控制位。ET1=1,允许T1中断,ET1=0,禁止T1中断。 · EX1:外中断1中断控制位,EX1=1,允许外中断1中断,EX1=0,禁止外中断1中断。 · ET0:定时/计数器T0中断控制位。ET1=1,允许T0中断,ET1=0,禁止T0中断。 · EX0:外中断0中断控制位,EX1=1,允许外中断0中断,EX1=0,禁止外中断0中断。 MCS-51有两个中断优先级,即高优先级和低优先级,每个中断源都可设置为高或低中断优先级。如果有一低优先级的中断正在执行,那么高优先级的中断出现中断请求时,CPU则会响应这个高有限级的中断,也即高优先级的中断可以打断低优先级的中断。而若CPU正在处理一个高优先级的中断,此时,就算是有低优先级的中断发出中断请求,CPU也不会理会这个中断,而是继续执行正在执行的中断服务程序,一直到程序结束,执行最后一条返回指令,返回主程序然后再执行一条指令后才会响应新的中断请求。 为了实现上述功能,MCS-51的中断系统有两个不可寻址的优先级状态触发器,一个指出CPU是否在执行高优先级中断服务程序,另一个指出CPU是否正在执行低优先级的中断服务程序,这两个中断触发器的1状态分别屏蔽所有中断申请和同一级别的其他中断申请,此外,MCS-51还有一个申请优先级寄存IP,IP的格式如下,字节地址是B8H。 |
表4 IP中断控制寄存器结构 | |||||||||
IP | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | |
- | - | - | PS | PT1 | Px1 | PT0 | PX0 | ||
位地址 | BCH | BBH | BAH | B9H | B8H |
· PS:串行口中断口优先级控制位,PS=1,串行口中断声明为高优先级中断,PS=0,串行口定义为低优先级中断。
· PT1:定时器1优先级控制位。PT1=1,声明定时器1为高优先级中断,PT1=0定义定时器1为低优先级中断。 · PX1:外中断1优先级控制位。PT1=1,声明外中断1为高优先级中断,PX1=0定义外中断1为低优先级中断。 · PT0:定时器0优先级控制位。PT1=1,声明定时器0为高优先级中断,PT1=0定义定时器0为低优先级中断。 · PX0:外中断0优先级控制位。PT1=1,声明外中断0为高优先级中断,PX1=0定义外中断0为低优先级中断。 [5].中断的响应 MCS-51CPU在每一个机器周期顺序检查每一个中断源,在机器周期的S6按优先级处理所有被激活的中断请求,此时,如果CPU没有正在处理更高或相同优先级的中断,或者现在的机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期,或者CPU不是正在执行RETI指令或访问IE和IP的指令(因为按MCS-51中断系统的特性规定,在执行完这些指令之后,还要在继续执行一条指令,才会响应中断),CPU在下一个机器周期响应激活了的最高级中断请求。 中断响应的主要内容就是由硬件自动生成一条长调用LCALL addr16指令,这里的addr16就是程序存储器中相应的中断区入口地址,这些中断源的服务程序入口地址如下: |
表5 个中断源的服务程序入口地址 | |||||||||
中断源 | 入口地址 | ||||||||
外中断0 | 0003H | ||||||||
定时/计数器0 | 000BH | ||||||||
外中断1 | 0013H | ||||||||
定时/计数器0 | 001BH | ||||||||
串行口中断 | 0023H |
生成LCALL指令后,CPU紧跟着便执行之.首先将PC(程序计数器)的内容压入堆栈保护断点,然后把中断入口地址赋予PC,CPU便按新的PC地址(即中断服务程序入口地址)执行程序。 |