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说明80C51单片机的中断过程

发布时间:2019-07-27 04:01 来源:未知 编辑:admin

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  中断响应就是单片机CPU对中断源提出的中断请求的接受。中断请求被响应后,再经过一系列的操作,而后转向中断服务程序,完成中断所要求的处理任务。下面简要说明80c51的中断响应过程:

  当通过软件将寄存器TCON的IT0(或IT1)位设置为0时,/INT0(或/INT1)为电平触发方式,CPU在每个机器周期的S5P2(第五个状态第2拍节)期间对/INT0(或/INT1)采样,一旦在P3.2(或P3.3)上检测到低电平时,则认为有外部中断申请,随即由硬件使TCON的IE0(或IE1)位置1,向CPU申请中断。在中断响应完成后转向中断服务子程序,再由硬件自动对IE0(或IE1)位清0.

  当寄存器TCON的IT0(或IT1)位为1,/INT0(或/INT1)为脉冲触发方式,则CPU在每个机器的S5P2期间对/INT0(或/INT1)采样,当检测到前一周期为高电平、后一周期为低电平时,由硬件使TCON的IE0(IE1)位置1,向CPU申请中断,在中断响应完成后转向中断服务子程序时,再由硬件自动对IE0(IE1)位清0.在边沿触发方式中,为保证CPU在两个机器周期内检测到由高到低的负跳变,高电平与低电平的持续时间不得少于一个机器周期的时间。

  80c51把所有中断标志都集中到TCON和SCON寄存器中。其中外中断是使用采样的方法把中断请求锁定在TCON寄存器的IE0(IE1)标志位上,而定时中断和串行中断的中断请求由于都发生在芯片的内部,定时中断可以直接去置位TCON的TF0(TF1),串行中断可以直接去置位SCON的RI和TI。内中断不存在采样问题。

  所谓查询,就是由CPU测试TCON和SCON中各标志位的状态,以确定有没有中断请求发生以及是哪一个中断请求。单片机是在每一个机器周期的最后状态(S6),按优先级顺序对中断请求标志进行查询,即先查询高级中断后查询低级中断,同级中断按“外部中断0—定时中断0—外部中断1—定时中断1—串行中断”的顺序查询。如果查询到有标志位为“1”,则表明有中断请求发生,接着就从相邻的下一个机器周期的S6状态开始进行中断响应。

  由于中断请求是随机发生的,CPU无法预先得知,因此在程序执行过程中,中断查询要在指令执行的每个机器周期中不停地重复进行。换句话说,就相当于你在看书的时候,每一秒钟都会抬起头来听一听,看一看,是不是有人按门铃,是否有电话,烧的开水是否开了。。。。。。看来,单片机比人蠢多了。

  当查询到有效的中断请求时,紧接着就进行中断响应。中断响应时,根据寄存器TCON、SCON中的中断标记,由硬件自动生成一条长调用指令LCALL XXXX,这里的XXXX就是程序存储器中断区中相应中断的入口地址。对于80c51的5个独立中断源,这些入口地址已由系统设定。这样在产生了相应的中断以后,就可转到相应的位置去执行。

  生成LCALL指令后,紧接着就由CPU执行,首先将当前程序计数器PC的内容(准备执行的指令的地址)压入堆栈以保护断点,再将中断入口地址装入PC,使程序转向相应的中断区入口地址。从中断源所对应的向量地址中可以看出,一个中断向量入口地址到下一个中断向量入口地址之间只有8个单元。也就是说,中断服务程序的长度如果超过了8B,就会占用下一个中断的入口地址,导致出错。但一般情况下,很少有一段中断服务程序只占用少于8B的情况,为此可以在中断入口处写一条“LJMPXXXX”或“AJMPXXXX”指令,这样可以把实际处理中断的程序放到ROM的任何一个位置。

  中断服务程序完成后,一定要执行一条RETI指令,执行这条指令后,CPU将会把堆栈中保存着的地址取出,送回PC,那么程序就会从主程序的中断处继续往下执行了。

  说明 CPU所做的保护工作是很有限的,只保护了一个地址(主程序中断处的地址),而其他的所有东西都不保护,所以如果你在主程序中用到了如A、DPTR、PSW等,在中断程序中要用它们,还要保证回到主程序后这里面的数据还是没执行中断以前的数据,就得自己保护起来。

  CPU会在机器周期的S5P2阶段读入中断标志,并在下一个机器周期中检查,如果中断条件成立时,系统会自行产生一个LCALL到相对应的中断服务例程中,可是如果有下面3种情况时,系统是不会对中断要求信号有反应的:

  a有相等或更高级的中断正在执行中,这与处理突发事件的状况相同,既然已经在处理突发情况,当然就不再接受其他中断条件,除非接下来的中断情形的优先权比较高。

  由此得到一个观念:所有的中断程序都应该尽量简捷,一处理完中断事项后立即回主程序,才不会占用过多时间,进而影响系统的性能。

  b目前的机器周期不是该指令的最后一个周期,由于80c51在指令执行时,分别有1个、2个和4个机器周期之分,也就是说,必须完全执行完此指令后,系统对中断信号才会有所反应。比方说,当系统正在执行MULAB指令(需花4个机器周期)时,中断信号必须出现在第4个机器周期上才算有效。这也就意味着,中断信号必须持续足够长的时间,以便80c51的CPU有时间去反应。

  c若正在执行的指令为RETI或者是关于中断设置IE、IP的指令时,对正好出现的中断信号不反应,因为上述的情况刚好是某个中断服务程序的结束,或是允许/禁止某个中断的指令,当然是等到这些指令执行完毕后,才会对中断信号有所反应,这些指令最多占用两个机器周期的时间,所以这时的中断信号必须保持有两个机器周期以上的时间,才能被80c51接受。

  中断响应后,TCON或SCON中的中断请求标志应及时清除。否则就意味着中断请求仍然存在,弄不好就会造成中断的重复查询和响应,因此就存在一个中断请求的撤除问题。

  定时中断响应后,硬件自动把标志位TF0(或TF1)清0,因此定时中断的中断请求是自动撤除的,不需要用户干预。

  对于串行中断,CPU响应中断后,没有用硬件清除它们的中断标志RI、TI,必须在中断服务程序中用软件清除,以撤除其中断请求。

  外部中断的撤除包括中断标志位IE0(或IE1)的清0和外中断请求信号的撤除。其中IE0(或IE1)清“0”是在中断响应后由硬件电路自动完成的。剩下的只是外中断引脚请求信号的撤除了。下面对脉冲和电平两种触发方式分别进行讨论。

  a对于脉冲方式的中断请求,由于脉冲信号过后就消失了,也可以说中断请求信号是自动撤除的。

  b对于电平方式的外部中断,中断标志的撤除是自动的,但中断请求信号的低电平可能继续存在,在以后机器周期采样时,又会把已清0的IE0或IE1标志位重新置1.为此,要彻底解决电平方式外中断的撤除,除了标志位清0之外,必要时还需在中断响应后把中断请求信号引脚从低电平强制改变为高电平,为此,可在系统中增加如图所示电路

  从图可以看出,外部中断0请求信号在D触发器(可选用74LS74)的时钟输入端。当外部设备有中断请求信号(为低电平)出现时,Q端输出为低电平,/INT0有效,向CPU发出中断请求信号。CPU响应中断后,在中断服务程序中由软件安排1个低电平中断应答信号,从P1.0送至D触发器的/SD(置位端,低电平有效),使D触发器的Q端输出为高电平,从而撤除了低电平的外中断0请求信号。/SD端所需的低电平可通过在中断服务程序中增加一下指令的得到:

  中断响应就是单片机CPU对中断源提出的中断请求的接受。中断请求被响应后,再经过一系列的操作,而后转向中断服务程序,完成中断所要求的处理任务。下面简要说明80c51的中断响应过程:

  当通过软件将寄存器TCON的IT0(或IT1)位设置为0时,/INT0(或/INT1)为电平触发方式,CPU在每个机器周期的S5P2(第五个状态第2拍节)期间对/INT0(或/INT1)采样,一旦在P3.2(或P3.3)上检测到低电平时,则认为有外部中断申请,随即由硬件使TCON的IE0(或IE1)位置1,向CPU申请中断。在中断响应完成后转向中断服务子程序,再由硬件自动对IE0(或IE1)位清0.

  当寄存器TCON的IT0(或IT1)位为1,/INT0(或/INT1)为脉冲触发方式,则CPU在每个机器的S5P2期间对/INT0(或/INT1)采样,当检测到前一周期为高电平、后一周期为低电平时,由硬件使TCON的IE0(IE1)位置1,向CPU申请中断,在中断响应完成后转向中断服务子程序时,再由硬件自动对IE0(IE1)位清0.在边沿触发方式中,为保证CPU在两个机器周期内检测到由高到低的负跳变,高电平与低电平的持续时间不得少于一个机器周期的时间。

  80c51把所有中断标志都集中到TCON和SCON寄存器中。其中外中断是使用采样的方法把中断请求锁定在TCON寄存器的IE0(IE1)标志位上,而定时中断和串行中断的中断请求由于都发生在芯片的内部,定时中断可以直接去置位TCON的TF0(TF1),串行中断可以直接去置位SCON的RI和TI。内中断不存在采样问题。

  所谓查询,就是由CPU测试TCON和SCON中各标志位的状态,以确定有没有中断请求发生以及是哪一个中断请求。单片机是在每一个机器周期的最后状态(S6),按优先级顺序对中断请求标志进行查询,即先查询高级中断后查询低级中断,同级中断按“外部中断0—定时中断0—外部中断1—定时中断1—串行中断”的顺序查询。如果查询到有标志位为“1”,则表明有中断请求发生,接着就从相邻的下一个机器周期的S6状态开始进行中断响应。

  由于中断请求是随机发生的,CPU无法预先得知,因此在程序执行过程中,中断查询要在指令执行的每个机器周期中不停地重复进行。换句话说,就相当于你在看书的时候,每一秒钟都会抬起头来听一听,看一看,是不是有人按门铃,是否有电话,烧的开水是否开了。。。。。。看来,单片机比人蠢多了。

  当查询到有效的中断请求时,紧接着就进行中断响应。中断响应时,根据寄存器TCON、SCON中的中断标记,由硬件自动生成一条长调用指令LCALL XXXX,这里的XXXX就是程序存储器中断区中相应中断的入口地址。对于80c51的5个独立中断源,这些入口地址已由系统设定。这样在产生了相应的中断以后,就可转到相应的位置去执行。

  生成LCALL指令后,紧接着就由CPU执行,首先将当前程序计数器PC的内容(准备执行的指令的地址)压入堆栈以保护断点,再将中断入口地址装入PC,使程序转向相应的中断区入口地址。从中断源所对应的向量地址中可以看出,一个中断向量入口地址到下一个中断向量入口地址之间只有8个单元。也就是说,中断服务程序的长度如果超过了8B,就会占用下一个中断的入口地址,导致出错。但一般情况下,很少有一段中断服务程序只占用少于8B的情况,为此可以在中断入口处写一条“LJMPXXXX”或“AJMPXXXX”指令,这样可以把实际处理中断的程序放到ROM的任何一个位置。

  中断服务程序完成后,一定要执行一条RETI指令,执行这条指令后,CPU将会把堆栈中保存着的地址取出,送回PC,那么程序就会从主程序的中断处继续往下执行了。

  说明 CPU所做的保护工作是很有限的,只保护了一个地址(主程序中断处的地址),而其他的所有东西都不保护,所以如果你在主程序中用到了如A、DPTR、PSW等,在中断程序中要用它们,还要保证回到主程序后这里面的数据还是没执行中断以前的数据,就得自己保护起来。

  CPU会在机器周期的S5P2阶段读入中断标志,并在下一个机器周期中检查,如果中断条件成立时,系统会自行产生一个LCALL到相对应的中断服务例程中,可是如果有下面3种情况时,系统是不会对中断要求信号有反应的:

  a有相等或更高级的中断正在执行中,这与处理突发事件的状况相同,既然已经在处理突发情况,当然就不再接受其他中断条件,除非接下来的中断情形的优先权比较高。

  由此得到一个观念:所有的中断程序都应该尽量简捷,一处理完中断事项后立即回主程序,才不会占用过多时间,进而影响系统的性能。

  b目前的机器周期不是该指令的最后一个周期,由于80c51在指令执行时,分别有1个、2个和4个机器周期之分,也就是说,必须完全执行完此指令后,系统对中断信号才会有所反应。比方说,当系统正在执行MULAB指令(需花4个机器周期)时,中断信号必须出现在第4个机器周期上才算有效。这也就意味着,中断信号必须持续足够长的时间,以便80c51的CPU有时间去反应。

  c若正在执行的指令为RETI或者是关于中断设置IE、IP的指令时,对正好出现的中断信号不反应,因为上述的情况刚好是某个中断服务程序的结束,或是允许/禁止某个中断的指令,当然是等到这些指令执行完毕后,才会对中断信号有所反应,这些指令最多占用两个机器周期的时间,所以这时的中断信号必须保持有两个机器周期以上的时间,才能被80c51接受。

  中断响应后,TCON或SCON中的中断请求标志应及时清除。否则就意味着中断请求仍然存在,弄不好就会造成中断的重复查询和响应,因此就存在一个中断请求的撤除问题。

  定时中断响应后,硬件自动把标志位TF0(或TF1)清0,因此定时中断的中断请求是自动撤除的,不需要用户干预。

  对于串行中断,CPU响应中断后,没有用硬件清除它们的中断标志RI、TI,必须在中断服务程序中用软件清除,以撤除其中断请求。

  外部中断的撤除包括中断标志位IE0(或IE1)的清0和外中断请求信号的撤除。其中IE0(或IE1)清“0”是在中断响应后由硬件电路自动完成的。剩下的只是外中断引脚请求信号的撤除了。下面对脉冲和电平两种触发方式分别进行讨论。

  a对于脉冲方式的中断请求,由于脉冲信号过后就消失了,也可以说中断请求信号是自动撤除的。

  b对于电平方式的外部中断,中断标志的撤除是自动的,但中断请求信号的低电平可能继续存在,在以后机器周期采样时,又会把已清0的IE0或IE1标志位重新置1.为此,要彻底解决电平方式外中断的撤除,除了标志位清0之外,必要时还需在中断响应后把中断请求信号引脚从低电平强制改变为高电平,为此,可在系统中增加如图所示电路

  从图可以看出,外部中断0请求信号在D触发器(可选用74LS74)的时钟输入端。当外部设备有中断请求信号(为低电平)出现时,Q端输出为低电平,/INT0有效,向CPU发出中断请求信号。CPU响应中断后,在中断服务程序中由软件安排1个低电平中断应答信号,从P1.0送至D触发器的/SD(置位端,低电平有效),使D触发器的Q端输出为高电平,从而撤除了低电平的外中断0请求信号。/SD端所需的低电平可通过在中断服务程序中增加一下指令的得到:

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