18课:单片机的中止体系

     有关单片机中止体系的概念：什么是中止，咱们从一个日子中的例程引进。你正在家中看书，忽然电话铃响了，你放下书本，去接电话，和来电话的人攀谈，然后放下电话，回来持续看你的书。这便是日子中的“中止”的现象，便是正常的作业进程被外部的作业打断了。细心研讨一下日子中的中止，关于咱们学习单片机的中止也很有优点。

榜首、什么可经引起中止，日子中许多作业能引起中止：有人按了门铃了，电话铃响了，你的闹钟闹响了，你烧的水开了….等等诸如此类的作业，咱们把能引起中止的称之为中止源，单片机中也有一些能引起中止的作业，8031中一共有5个：两个外部中止，两个计数/守时器中止，一个串行口中止。

第二、中止的嵌套与优先级处理：想象一下，咱们正在看书，电话铃响了，一起又有人按了门铃，你该先做那样呢？假如你正是在等一个很重要的电话，你一般不会去理睬门铃的，而反之，你正在等一个重要的客人，则或许就不会去理睬电话了。假如不是这两者（即不等电话，也不是等人上门），你或许会按你常常的习气去处理。总归这儿存在一个优先级的问题，单片机中也是如此，也有优先级的问题。优先级的问题不仅仅发生在两个中止一起发生的状况，也发生在一个中止已发生，又有一个中止发生的状况，比方你正接电话，有人按门铃的状况，或你正开门与人攀谈，又有电话响了状况。考虑一下咱们会怎样办吧。

第三、中止的呼应进程：当有作业发生，进入中止之前咱们有必要先记住现在看书的第几页了，或拿一个书签放在当时页的方位，然后去处理不一样的作业（因为处理完了，咱们还要回来持续看书）：电话铃响咱们要到放电话的当地去，门铃响咱们要到门那儿去，也说是不一样的中止，咱们要在不一样的地址处理，而这个地址常常仍是固定的。核算机中也是选用的这种办法，五个中止源，每个中止发生后都到一个固定的当地去找处理这个中止的程序，当然在去之前首先要保存下面将履行的指令的地址，以便处理完中止后回到原本的当地持续往下履行程序。具体地说，中止呼应能分为以下几个进程：1、维护断点，即保存下一即将履行的指令的地址，便是把这个地址送入仓库。2、寻觅中止进口，依据5个不一样的中止源所发生的中止，查找5个不一样的进口地址。以上作业是由核算机主动完结的，与编程者无关。在这5个进口地址处寄存有中止处理程序（这是程序编写时放在那儿的，假如没把中止程序放在那儿，就错了，中止程序就不能被履行到）。3、履行中止处理程序。4、中止回来：履行完中止指令后，就从中止处回来到主程序，持续履行。终究单片机是怎样样找到中止程序所在方位，又怎样回来的呢？咱们稍后再谈。

MCS-51单片机中止体系的结构：
5个中止源的符号、称号及发生的条件如下。
INT0：外部中止0，由P3．2端口线引进，低电平或下跳沿引起。
INT1：外部中止1，由P3．3端口线引进，低电平或下跳沿引起。
T0：守时器／计数器0中止，由T0计满回零引起。
T1：守时器／计数器l中止，由T1计满回零引起。
TI／RI：串行I／O中止，串行端口完结一帧字符发送／接纳后引起。
整个中止体系的结构框图见下图一所示。

<51单片机中止体系结构>

如图所示，由与中止有关的特别功用寄存器、中止进口、次第查询逻辑电路等组成，包含5个中止恳求源，4个用于中止操控的寄存器IE、IP、ECON和SCON来操控中止类弄、中止的开、关和各种中止源的优先级确认。

中止恳求源：

（1）外部中止恳求源：即外中止0和1，经由外部管脚引进的，在单片机上有两个管脚，称号为INT0、INT1，也便是P3.2、P3.3这两个管脚。在内部的TCON中有四位是与外中止有关的。IT0：INT0触发办法操控位，可由软件进和置位和复位，IT0=0，INT0为低电平触发办法，IT0=1，INT0为负跳变触发办法。这两种办法的差异将在今后再谈。IE0：INT0中止恳求标志位。当有外部的中止恳求时，这位就会置1（这由硬件来完结），在CPU呼应中止后，由硬件将IE0清0。IT1、IE1的用处和IT0、IE0相同。（2）内部中止恳求源TF0：守时器T0的溢出中止符号，当T0计数发生溢出时，由硬件置位TF0。当CPU呼应中止后，再由硬件将TF0清0。TF1：与TF0相似。TI、RI：串行口发送、接纳中止，在串行口中再解说。2、中止答应寄存器IE在MCS－51中止体系中，中止的答应或制止是由片内可进行位寻址的8位中止答应寄存器IE来操控的。见下表EAX

其间EA是总开关，假如它等于0，则一切中止都不答应。ES－串行口中止答应ET1－守时器1中止答应EX1－外中止1中止答应。ET0－守时器0中止答应EX0－外中止0中止答应。假如咱们要设置答应外中止1，守时器1中止答应，其它不答应，则IE能是EAX

即8CH，当然，咱们也能用位操作指令SETB EA

SETB ET1SETB EX1

来完结它。3、五个中止源的天然优先级与中止服务进口地址外中止0：0003H守时器0：000BH外中止1：0013H守时器1：001BH串行口：0023H它们的天然优先级由高到低摆放。写到这儿，咱们应当理解，为什么前面有一些程序一始咱们这样写：

ORG 0000HLJMP START

ORG 0030H

START：。

这样写的意图，便是为了让出中止源所占用的向量地址。当然，在程序中没用中止时，直接从0000H开端写程序，在原理上并没有错，但在实际作业中最好不这样做。优先级：单片机选用了天然优先级和人工设置高、低优先级的战略，即能由程序员设定那些中止是高优先级、哪些中止是低优先级，因为只需两级，必有一些中止处于同一等级，处于同一等级的，就由天然优先级确认。

开机时，每个中止都处于低优先级，咱们能用指令对优先级进行设置。看表2中止优先级中由中止优先级寄存器IP来高置的，IP中某位设为1，对应的中止便是高优先级，否则便是低优先级。

XX

X

PS

PT1

PX1

PT0

PX0

例：设有如下要求，将T0、外中止1设为高优先级，其它为低优先级，求IP的值。IP的首3位没用，可任意取值，设为000，后边依据要求写就能了XX

因此，终究，IP的值便是06H。例：在上例中，假如5个中止恳求一起发生，求中止呼应的次第。呼应次第为：守时器0－＞外中止1－＞外中止0－＞实时器1－＞串行中止。

MCS－51的中止呼应进程：

1、中止呼应的条件：讲到这儿，咱们仍然关于核算机呼应中止感到奇特，咱们人能呼应外界的作业，是因为咱们有多种“传感器“――眼、耳能承受不一样的信息，核算机是怎么做到这点的呢？其实说穿了，一点都不希奇，MCS51作业时，在每个机器周期中都会去查询一下各个中止符号，看他们是否是“1“，假如是1，就阐明有中止恳求了，所以所谓中止，其实也是查询，不过是每个周期都查一下罢了。这要换成人来说，就相当于你在看书的时分，每一秒钟都会抬起头来看一看，查询一下，是不是有人按门铃，是否有电话。。。。很蠢，不是吗？可核算机原本便是这样，它底子没人聪明。了解了上述中止的进程，就不难解中止呼应的条件了。在下列三种状况之一时，CPU将封闭对中止的呼应：

CPU正在处理一个同级或更高等级的中止恳求。

现行的机器周期不是当时正履行指令的最终一个周期。咱们知道，单片机有单周期、双周期、三周期指令，当时履行指令是单字节没有关系，假如是双字节或四字节的，就要等整条指令都履行完了，才干呼应中止（因为中止查询是在每个机器周期都或许查到的）。

当时正履行的指令是回来批令（RETI）或拜访IP、IE寄存器的指令，则CPU至少再履行一条指令才应中止。这些都是与中止有关的，假如正拜访IP、IE则或许会开、关中止或改动中止的优先级，而中止回来指令则阐明本次中止还没有处理完，所以都要等本指令处理完毕，再履行一条指令才干呼应中止。

2、中止呼应进程CPU呼应中止时，首先把当时指令的下一条指令（便是中止回来后即将履行的指令）的地址送入仓库，然后依据中止符号，将对应的中止进口地址送入PC，PC是程序指针，CPU取指令就依据PC中的值，PC中是什么值，就会到什么当地去取指令，所以程序就会转到中止进口处持续履行。这些作业都是由硬件来完结的，不用咱们去考虑。这儿还有个问题，咱们是否留意到，每个中止向量地址只间隔了8个单元，如0003－000B，在如此少的空间中怎么完结中止程序呢？很简单，你在中止处组织一个LJMP指令，不就能把中止程序跳转到任何当地了吗？一个完好的主程序看起来应该是这样的：

ORG 0000HLJMP START

ORG 0003H

LJMP INT0 ；转外中止0ORG 000BH

RETI ；没有用守时器0中止，在此放一条RETI，假如 “不小心“发生了中止，也不会有太大的结果。。

中止程序完结后，一定要履行一条RETI指令，履行这条指令后，CPU将会把仓库中保存着的地址取出，送回PC，那么程序就会从主程序的中止处持续往下履行了。留意：CPU所做的维护作业是很有限的，只维护了一个地址，而其它的一切东西都不维护，所以假如你在主程序顶用到了如A、PSW等，在中止程序中又要用它们，还要确保回到主程序后这儿面的数据仍是没履行中止曾经的数据，就得自己维护起来。

中止体系的操控寄存器：
中止体系有两个操控寄存器IE和IP，它们别离用来设定各个中止源的翻开／封闭和中止优先级。此外，在TCON中还有4位用于挑选引起外部中止的条件并作为标志位。

1．中止答应寄存器--IE
IE在特别功用寄存器中，字节地址为A8H，位地址(由低位到高位)别离是A8H-AFH。
IE用来翻开或关断各中止源的中止恳求，根本格局如下图二所示：
 

EA：大局中止答应位。EA＝0，封闭悉数中止；EA＝1，翻开大局中止操控，在此条件下，由各个中止操控位确认相应中止的翻开或封闭。
×：无效位。
ES：串行I／O中止答应位。ES＝1，翻开串行I／O中止；ES＝0，封闭串行I／O中止。
ETl；守时器／计数器1中止答应位。ETl＝1，翻开T1中止；ETl＝O，封闭T1中止。
EXl：外部中止l中止答应位。EXl＝1，翻开INT1；EXl＝0，封闭INT1。
ET0：守时器／计数器0中止答应位。ET0＝1，翻开T0中止；ET0＝0，封闭TO中止。
EXO：外部中止0中止答应位。Ex0＝1，翻开INT0;EX0=0,封闭INT0.

中止优先寄存器--IP：
IP在特别功用寄存器中，字节地址为B8H，位地址(由低位到高位)别离是B8H一BFH,IP用来设定各个中止源归于两级中止中的哪一级，IP的根本格局如下图三所示：

×：无效位。
PS：串行I／O中止优先级操控位。PS＝1，高优先级；PS＝0，低优先级。
PTl：守时器／计数器1中止优先级操控位。PTl＝1，高优先级；PTl＝0，低优先级。
Pxl：外部中止1中止优先级操控位。Pxl＝1，高优先级；PXl＝O，低优先级。
PT0：守时器／计数器o中止优先级操控位。PT0＝1，高优先级；PTO＝0，低优先级。
Px0：外部中止0中止优先级操控位。Px0＝1，高优先级；Px0＝0，伤优先级。
在MCS-51单片机系列中，高档中止可以打断初级中止以构成中止嵌套；同级中止之间，或初级对高档中止则不能构成中止嵌套。若几个同级中止一起向CPU恳求中止呼应，则CPU按如下次序确认呼应的先后次序：

INT0一T0---INT1一T1一RI／T1.

中止的呼应进程

若某个中止源经过编程设置，处于被翻开的状况，并满意中止呼应的条件，并且①当时正在履行的那条指令已被履行完
1、当时末呼应同级或高档中止
2、不是在操作IE，IP中止操控寄存器或履行REH指令则单片机呼应此中止。
在正常的状况下，从中止恳求信号有用开端，到中止得到呼应，一般需求3个机器周期到8个机器周期。中止得到呼应后，主动铲除中止恳求标志(对串行I／O端口的中止标志，要用软件铲除)，将断点即程序计数器之值(PC)压入仓库(以备康复用)；然后把相应的中止进口地址装入PC，使程序转入到相应的中止服务程序中去履行。
各个中止源在程序存储器中的中止进口地址如下：
中止源 进口地址
INT0(外部中止0) 0003H
TF0(TO中止) 000BH
INT1(外部中止1) 0013H
TFl(T1中止) 001BH
RI／TI(串行口中止) 0023H
因为各个中止进口地址相隔甚近，不便于寄存各个较长的中止服务程序，故一般在中止进口地址开端的二三个单元中，组织一条搬运类指令，以转入到组织在那儿的中止服务程序。以T1中止为例，其进程下如图四所示。
因为5个中止源各有其间止恳求标志0，TF0，IEl，TFl以及RI／TI，在中止源满意中止恳求的条件下，各标志主动置1，以向CPU恳求中止。假如某一中止源提出中止恳求后，CPU不能当即呼应，只需该中止恳求标志不被软件人为铲除，中止恳求的状况就将一向坚持,直到CPU呼应了中止停止,对串行口中止而言，这一进程与其它4个中止的不同之处在于；即便CPU呼应了中止，其间止标志RI／TI也不会主动清零，有必要在中止服务程序中设置铲除RI／TI的指令后，才会再一次地提出中止恳求。
CPU的现场维护和康复有必要由被呼应的相应中止服务程序去完结，当履行RETI中止回来指令后，断点值主动从栈顶2字节弹出，并装入PC寄存器，使CPU持续履行被打断了的程序。
下面给出一个运用守时器中止的实例。
现要求编制一段程序，使P1．0端口线上输出周期为2ms的方波脉冲。设单片机晶振频率
Fosc＝6MHZ．
1、办法：运用守时器T0作1ms守时，到达守时值后引起中止，在中止服务程序中，使P1．0的状况取一次反，并再次守时1ms。
2、守时初值：机器周期MC＝12/fosc＝2us。所以守时lms所需的机器周期个数为500D，亦即0lF4H。设T0为作业办法1(16位办法)，则守时初值是(01F4H)求补＝FEOCH

串行端口的操控寄存器：

串行端口共有2个操控寄存器SCON和PCON，用以设置串行端口的作业办法、接纳／发送的运转状况、接纳／发送数据的特征、波特率的巨细，以及作为运转的中止标志等。
①串行口操控寄存器SCON
SCON的字节地址是98H，位地址(由低位到高位)别离是98H一9FH。SCON的格局如图五所示。

SMo，SMl：
串行口作业办法操控位。
00--办法0；01--办法1；
10--办法2；11--办法3。
SM2：
仅用于办法2和办法3的多机通讯操控位
发送机SM2＝1(要求程控设置)。
当为办法2或办法3时：
接纳机 SM2＝1时，若RB8＝1，可引起串行接纳中止；若RB8＝0，不
引起串行接纳中止。SM2＝0时，若RB8＝1，可引起串行接纳中止；若
RB8＝0，亦可引起串行接纳中止。
REN:
串行接纳答应位。
0--制止接纳；1--答应接纳。
TB8:
在办法2，3中，TB8是发送机要发送的第9位数据。
RB8:
在办法2，3中，RB8是接纳机接纳到的第9位数据，该数据正好来自发
送机的TB8。
TI:
发送中止标志位。发送前有必要用软件清零，发送进程中TI坚持零电平，
发送完一帧数据后，由硬件主动置1。如要再发送，有必要用软件再清零。
RI:
接纳中止标志位。接纳前，有必要用软件清零，接纳进程中RI坚持零电
平，接纳完一帧数据后，由片内硬件主动置1。如要再接纳，有必要用软件
再清零。

电源操控寄存器PCON

PCON的字节地址为87H，无位地址，PCON的格局如图六所示。需指出的是，对80C31单片机而言，PCON还有几位有用操控位。

SMOD：波特率加倍位。在核算串行办法1，2，3的波特率时；0---不加倍；1---加倍。

串行中止的运用特色：

8031单片机的串行I／O端口是一个中止源，有两个中止标志RI和TI，RI用于接纳，TI用于发送。
串行端口不管在何种作业办法下，发送／接纳前都有必要对TI／RI清零。当一帧数据发送／接纳完后，TI/RI主动置1，如要再发送／接纳，有必要先用软件将其铲除。
在串行中止被翻开的条件下，对办法0和办法1来说，一帧数据发送／接纳完后，除置位TI／RI外，还会引起串行中止恳求，并履行串行中侧目务程序。但对办法2和办法3的接纳机而言，还要视SM2和RB8的状况，才可确认RI是否被置位以及串行中止的敞开：
SM2 RB8 接纳机中止标志与中止状况
0 1 激活RI，引起中止
1 0 不激活RI，不引起中止
1 1 激活RI，引起中止
单片机正是运用办法2，3的这一特色，完结多机间的通讯。串行端口的常用运用办法见相关章节。

波特率的确认：

对办法0来说，波特率已固定成fosc／12，跟着外部晶振的频率不同，波特率亦不相同。常用的fosc有12MHz和6MHz，所以波特率相应为1000×103和500×103位／s。在此办法下，数据将主动地按固定的波特率发送／接纳，彻底不用设置。
对办法2而言，波特率的核算式为2SMOD·fosc／64。当SMOD＝0时，波特率为fm／64；当SMOD＝1时，波特率为fosc／32。在此办法下，程控设置SMOD位的状况后，波特率就确认了，不需求再作其它设置。
对办法1和办法3来说，波特率的核算式为2SMOD／32×T1溢出率，依据SMOD状况位的不同，波特率有Tl／32溢出率和T1／16溢出率两种。因为T1溢出率的设置是便利的，因此波特率的挑选将非常灵敏。
前已叙及，守时器Tl有4种作业办法，为了得到其溢出率，而又不用进入中止服务程序，往往使T1设置在作业办法2的运转状况，也便是8位主动参加时刻常数的办法。因为在这种办法下，T1的溢出率(次／秒)核算式可表达到：

下面一段主程序和中止服务程序，是运用串行办法l从数据00H开端接二连三增大地串行发送一片数据的程序例。设单片机晶振的频率为6MHZ，波特率为1200位／秒。

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