从头开始学51单片机之5：中断系统
5.1 中断系统概述
- 中断技术是MCU实现实时处理和控制的关键技术，可以极大提高MCU工作效率和处理问题的灵活性。MCU的中断系统包含其实现中断功能的各种软硬件总称。
- 中断的概念：CPU执行程序时，MCU外部或内部发生某一事件，CPU暂时中止当前的工作，转到中断服务程序处理所发生的事件；处理完该事件后，CPU再回到原来被中止的地方，继续原来的工作。这个过程称为中断，CPU处理事件的过程，称为CPU的中断响应过程。
- 中断源：向CPU发出中断请求的来源
- 中断请求：中断源提出的服务请求
- 主程序：原来正在运行的程序
- 断点：主程序被断开的位置（本质上是地址值）
- 中断源分类：内部中断源和外部中断源
- MCU中断处理步骤：中断请求 -> 中断响应 -> 中断处理 -> 中断返回
5.2 51系列单片机的中断系统
1. 51系列单片机中断系统结构
- 以AT89S51为例，可以提供5个中断源（AT89S52有6个中断源），具有2个中断优先级
- 有4个用于中断控制的寄存器：IE、IP、TCON、SCON
2. 51系列单片机中断源
| 1 | 外部中断源0请求，P3.2引脚 | IE0 | 有两种信号触发方式：电平触发和边沿触发 | |
| 2 | 外部中断源1请求，P3.3引脚 | IE1 | ||
| 3 | T0 | 定时器/计数器T0溢出中断 | TF0 | 内部中断 |
| 4 | T1 | 定时器/计数器T1溢出中断 | TF1 | |
| 5 | TX/RX | 串口中断请求 | TI/RI | 串口接收中断标志RI 串口发送中断标志TI |
3. 51系列单片机中断寄存器
| TCON | ||||||||
| 位地址 | 8FH | 8EH | 8DH | 8CH | 8BH | 8AH | 89H | 88H |
| TCON (88H) | TF1 | TF0 | IE1 | IT1 | IE0 | IT0 | ||
| IT0 | 外部中断0的触发方式选择位，可由软件置”1“或清”0“ 0：电平触发方式，低电平有效。CPU响应中断后不能硬件或软件使IE0清零，因此中断返回前必须撤销引脚上的低电平，否则将再次引起中断，导致出错 1：边沿触发方式，负跳变有效。CPU响应中断后硬件自动使IE0清零。要求外部输入的高电平或低电平的持续时间必须大于12个时钟周期，才能保证检测到先高后低的负跳变 | |||||||
| IE0 | 外部中断请求0的中断请求标志位 0：无中断请求 1：有中断请求，当CPU响应该中断时，则程序转向中断服务程序 | |||||||
| IT1 | 外部中断1的请求方式选择位，定义与IT0类似 | |||||||
| IE1 | 外部中断请求1的中断请求标志位，定义与IE0类似 | |||||||
| TF0 | T0溢出中断请求标志位，T0可对内部时钟信号或从外部输入（P3.4）的脉冲进行计数。当计数器溢出时，即表明定时时间已到或计数值已满，这时由硬件将TF0置”1“，并向CPU发出中断请求，CPU响应TF0中断时，硬件自动将TF0清”0“，TF0也可由软件清”0“ | |||||||
| TF1 | T1的溢出中断请求标志位，功能与TF0类似 | |||||||
| SCON | ||||||||
| 位地址 | 9FH | 9EH | 9DH | 9CH | 9BH | 9AH | 99H | 98H |
| SCON (98H) | TI | RI | ||||||
| RI | 串行口接收中断请求标志位。当串行口接受完一帧数据后，RI由硬件自动置1，向CPU申请中断。转向中断服务程序后，RI必须用软件清零 | |||||||
| TI | 串行口接收中断请求标志位。当串行口接受完一帧数据后，RI由硬件自动置1，向CPU申请中断。转向中断服务程序后，RI必须用软件清零 | |||||||
| IE | ||||||||||
| 位地址 | AFH | AEH | ADH | ACH | ABH | AAH | A9H | A8H | ||
| IE (A8H) | EA | ES | ET1 | EX1 | ET0 | EX0 | ||||
| EA | 中断允许总控制位。当EA=0时，CPU禁止所有的中断请求；当EA=1时，CPU开放中断。此时每个中断源的中断是否允许，还取决于各中断源的中断允许控制位的状态 | |||||||||
| EX0 | 外部中断0中断允许位。若EX0=1，则允许外部中断0中断；否则，禁止其中断 | |||||||||
| ET0 | 定时器/计数器T0的溢出中断允许位。若ET0=1，则允许定时器/计数器T0溢出时提出的中断请求；否则，禁止其中断 | |||||||||
| EX1 | 外部中断1中断允许位 | |||||||||
| ET1 | 定时器/计数器T1的溢出中断允许位 | |||||||||
| ES | 串行口中断允许位 | |||||||||
| IP | ||||||||
| 位地址 | BFH | BEH | BDH | BCH | BBH | BAH | B9H | B8H |
| IP (B8H) | PS | PT1 | PX1 | PT0 | PX0 | |||
| PX0 | 外部中断0的中断优先级控制位。若PX0=1，则外部中断0为高中断优先级；否则，为低中断优先级 | |||||||
| PT0 | 定时器/计数器T0中断优先级控制位 | |||||||
| PX1 | 外部中断1的中断优先级控制位 | |||||||
| PT1 | 定时器/计数器T1中断优先级控制位 | |||||||
| PS | 串行口中断优先级控制位 | |||||||
- 51系列单片机复位后IP被清零，所有中断源均设定为低优先级
- 当同一优先级的中断源同时向CPU请求中断时，CPU按照自然优先级依次响应
- 基本原则：低优先级不看了一打断高优先级；高优先级可以打断低优先级，实现中断嵌套；同级中断由自然优先级决定最终嵌套顺序
5.3 中断处理过程
1. 中断响应
- 中断响应的条件：中断源有请求 + CPU总中断允许开放（EA=1） + 中断允许寄存器IE相应位为1；无高级中断服务程序在执行中 + 现行指令执行到最后1个机器周期且已结束 + 若现行指令为RETI或需访问SFR中IE或IP的指令时，执行完该指令且紧随其后的另1条指令也已执行完
- 中断响应的过程：1）保护断点，执行一条由中断系统提供的硬件LCALL指令把被中断程序的断点压入堆栈；2）将程序转向中断服务程序的入口位置，相应的中断服务程序的入口地址装入PC
2. 中断处理
- 保护现场：先将在中断服务程序中要使用的累加器A、PSW、工作寄存器等内容压入堆栈
- 中断服务：完成具体任务
- 恢复现场：将原来压入堆栈的工作寄存器、PSW、累加器A等内容弹回
3. 中断返回
- 中断服务完成后，MCU返回断点位置，继续执行原来的程序
- 汇编指令中，由专门的指令RETI实现
4. 中断请求撤销
- 中断响应后，TCON和SCON中的中断请求标志位需要及时清除，否则会造成中断混乱
| 定时中断 | 定时中断响应后，硬件自动把中断标志位（TF0、TF1、TF2）清零，是自动撤除 |
| 外部中断 | 1）边沿触发：硬件自动清零 2）电平触发：在中断响应后把中断请求输入端从低电平强制改为高电平，需配合硬件电路和软件代码实现 |
| 串行口 | TI和RI不会自动清零，需用软件方法清除 |
5. 中断响应时间
-
从查询中断请求标志位到转向中断区入口地址所需的机器周期数
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