单片机原理及接口技术(李朝青)课后习题答案——第五章

1、什么是中断和中断系统？其主要功能是什么？

答：当CPU正在处理某件事情的时候，外部发生的某一件事件请求CPU迅速去处理，于是，CPU暂时中止当前的工作，转去处理所发生的事件，中断服务处理完该事件以后，再回到原来被终止的地方，继续原来的工作。这种过程称为中断，实现这种功能的部件称为中断系统。功能：

（1）使计算机具有实时处理能力，能对外界异步发生的事件作出及时的处理

（2）完全消除了CPU在查询方式中的等待现象，大大提高了CPU的工作效率

（3）实现实时控制

2、试编写一段对中断系统初始化的程序，使之允许INT0，INT1，TO，串行口中断，且使T0中断为高优先级中断。

解：MOV IE,#097H

MOV IP,#02H

3、在单片机中，中断能实现哪些功能？

答：有三种功能：分时操作，实时处理，故障处理

4、89C51共有哪些中断源？对其中端请求如何进行控制？

答：（1）89C51有如下中断源

①:外部中断0请求，低电平有效

②:外部中断1请求，低电平有效

③T0：定时器、计数器0溢出中断请求

④T1：定时器、计数器1溢出中断请求

⑤TX/RX：串行接口中断请求

（2）通过对特殊功能寄存器TCON、SCON、IE、IP的各位进行置位或复位等操作，可实现各种中断控制功能

5、什么是中断优先级？中断优先处理的原则是什么？

答：中断优先级是CPU相应中断的先后顺序。原则：

（1）先响应优先级高的中断请求，再响应优先级低的

（2）如果一个中断请求已经被响应，同级的其它中断请求将被禁止

（3）如果同级的多个请求同时出现，则CPU通过内部硬件查询电路，按查询顺序确定应该响应哪个中断请求

查询顺序：外部中断0→定时器0中断→外部中断1→定时器1中断→串行接口中断

6、说明外部中断请求的查询和响应过程。

答：当CPU执行主程序第K条指令，外设向CPU发出中断请求，CPU接到中断请求信号并在本条指令执行完后，中断主程序的执行并保存断点地址，然后转去响应中断。CPU在每个S5P2期间顺序采样每个中断源，CPU在下一个机器周期S6期间按优先级顺序查询中断标志，如果查询到某个中断标志为1，将在接下来的机器周期S1期间按优先级进行中断处理，中断系统通过硬件自动将相应的中断矢量地址装入PC，以便进入相应的中断服务程序。中断服务完毕后，CPU返回到主程序第K+1条指令继续执行。

7、89C51在什么条件下可响应中断？

答：

（1）有中断源发出中断请求

（2）中断中允许位EA=1.即CPU开中断

（3）申请中断的中断源的中断允许位为1，即中断没有被屏蔽

（4）无同级或更高级中断正在服务

（5）当前指令周期已经结束

（6）若现行指令为RETI或访问IE或IP指令时，该指令以及紧接着的另一条指令已执行完毕

8、简述89C51单片机的中断响应过程。

答：CPU在每个机器周期S5P2期间顺序采样每个中断源，CPU在下一个机器周期S6期间按优先级顺序查询中断标志，如查询到某个中断标志为1，将在接下来的机器周期S1期间按优先级进行中断处理，中断系统通过硬件自动将相应的中断矢量地址装入PC，以便进入相应的中断服务程序。一旦响应中断，89C51首先置位相应的中断“优先级生效”触发器，然后由硬件执行一条长调用指令，把当前的PC值压入堆栈，以保护断点，再将相应的中断服务的入口地址送入PC，于是CPU接着从中断服务程序的入口处开始执行。对于有些中断源，CPU在响应中断后会自动清除中断标志。

9、在89C51内存中，应如何安排程序区？

答：主程序一般从0030H开始，主程序后一般是子程序及中断服务程序。在这个大家还要清除各个中断的中断矢量地址。

10、试述中断的作用及中断的全过程。

答：作用：对外部异步发生的事件作出及时的处理

过程：中断请求，中断响应，中断处理，中断返回

11、当正在执行某一个中断源的中断服务程序时，如果有新的中断请求出现，试问在什么情况下可响应新的中断请求？在什么情况下不能响应新的中断请求？

答：（1）符合以下6个条件可响应新的中断请求：

a) 有中断源发出中断请求

b) 中断允许位EA=1，即CPU开中断

c) 申请中断的中断源的中断允许位为1，即中断没有被屏蔽

d) 无同级或更高级中断正在被服务

e) 当前的指令周期已结束

f) 若现行指令为RETI或访问IE或IP指令时，该指令以及紧接着的另一条指令已被执行完

12、89C51单片机外部中断源有几种触发中断请求的方法？如何实现中断请求？

答：有两种方式：电平触发和边沿触发

电平触发方式：CPU在每个机器周期的S5P2期间采样外部中断引脚的输入电平。若为低电平，使IE1(IE0)置“1”，申请中断；若为高电平，则IE1(IE0)清零。

边沿触发方式：CPU在每个机器周期S5P2期间采样外部中断请求引脚的输入电平。如果在相继的两个机器周期采样过程中，一个机器周期采样到外部中断请求为高电平，接着下一个机器周期采样到外部中断请求为低电平，则使IE1(IE0)置“1”申请中断；否则，IE1(IE0)置0。

13、89C51单片机有五个中断源，但只能设置两个中断优先级，因此，在中断优先级安排上受到一定的限制。试问以下几种中断优先顺序的安排（级别由高到低）是否可能：若可能，则应如何设置中断源的中断级别：否则，请简述不可能的理由。

⑴定时器0，定时器1，外中断0，外中断1，串行口中断。

可以，MOV IP,#0AH

⑵串行口中断，外中断0，定时器0，外中断1，定时器1。

可以，MOV IP,#10H

⑶外中断0，定时器1，外中断1，定时器0，串行口中断。

不可以，只能设置一级高级优先级，如果将INT0,T1设置为高级，而T0级别高于INT1.

⑷外中断0，外中断1，串行口中断，定时器0，定时器1 。

可以，MOV IP,#15H

⑸串行口中断，定时器0，外中断0，外中断1，定时器1。

不可以

⑹外中断0，外中断1，定时器0，串行口中断，定时器1 。

不可以

⑺外中断0，定时器1，定时器0，外中断1，串行口中断。

可以，MOV IP,#09H

14、89C51各中断源的中断标志是如何产生的？又是如何清0的？CPU响应中断时，中断入口地址各是多少？

答：各中断标志的产生和清“0”如下：

（1）外部中断类

外部中断是由外部原因引起的，可以通过两个固定引脚，即外部中断0和外部中断1输入信号。

外部中断0请求信号，由P3.2脚输入。通过IT0来决定中断请求信号是低电平有效还是下跳变有效。一旦输入信号有效，则向CPU申请中断，并且使IE0=1。硬件复位。

外部中断1请求信号，功能与用法类似外部中断0

（2）定时中断类

定时中断是为满足定时或计数溢出处理需要而设置的。当定时器/计数器中的计数结构发生计数溢出的，即表明定时时间到或计数值已满，这时就以计数溢出信号作为中断请求，去置位一个溢出标志位。这种中断请求是在单片机芯片内部发生的，无需在芯片上设置引入端，但在计数方式时，中断源可以由外部引入。

TF0：定时器T0溢出中断请求。当定时器T0产生溢出时，定时器T0请求标志TF0=1，请求中断处理。使用中断时由硬件复位，在查询方式下可由软件复位。

TF1：定时器T1溢出中断请求。功能与用法类似定时器T0

（3）串行口中断类

串行口中断是为串行数据的传送需要而设置的。串行中断请求也是在单片机芯片内部发生的，但当串行口作为接收端时，必须有一完整的串行帧数据从RI端引入芯片，才可能引发中断。

RI或TI：串行口中断请求。当接收或发送一串帧数据时，使内部串行口中断请求标志RI 或TI=1，并请求中断。响应后必须软件复位。

CPU响应中断时，中断入口地址如下：

中断源入口地址

外部中断0 0003H

定时器T0中断000BH

外部中断1 0013H

定时器T1中断001BH

串行口中断0023H

15、中断响应时间是否为确定不变的？为什么？

答：中断响应时间不是确定不变的。由于CPU不是在任何情况下对中断请求都予以响应的；此外，不同的情况对中断响应的时间也是不同的。下面以外部中断为例，说明中断响应的时间。

在每个机器周期的S5P2期间，端的电平被所存到TCON的IE0位，CPU在下一个机器周期才会查询这些值。这时满足中断响应条件，下一条要执行的指令将是一条硬件长调用指令“LCALL”，使程序转入中断矢量入口。调用本身要用2个机器周期，这样，从外部中断请

求有效到开始执行中断服务程序的第一条指令，至少需要3个机器周期，这是最短的响应时间。

如果遇到中断受阻的情况，这中断响应时间会更长一些。例如，当一个同级或更高级的中断服务程序正在进行，则附加的等待时间取决于正在进行的中断服务程序：如果正在执行的一条指令还没有进行到最后一个机器周期，附加的等待时间为1~3个机器周期；如果正在执行的是RETI指令或者访问IE或IP的指令，则附加的等待时间在5个机器周期内。

若系统中只有一个中断源，则响应时间为3~8个机器周期。

16、中断响应过程中，为什么通常要保护现场？如何保护？

答：因为一般主程序和中断服务程序都可能会用到累加器，PSW寄存器及其他一些寄存器。CPU在进入中断服务程序后，用到上述寄存器时，就会破坏它原来存在寄存器中的内容；一旦中断返回，将会造成主程序的混乱。因而在进入中断服务程序后，一般要先保护现场，然后再执行中断处理程序，在返回主程序以前再恢复现场。

保护方法一般是把累加器、PSW寄存器及其他一些与主程序有关的寄存器压入堆栈。在保护现场和恢复现场时，为了不使现场受到破坏或者造成混乱，一般规定此时CPU不响应新的中断请求。这就要求在编写中断服务程序时，注意在保护现场之前要关中断，在恢复现场之后开中断。如果在中断处理时允许有更高级的中断打断它，则在保护现场之后再开中断，恢复现场之前关中断。

17、清叙述中断响应的CPU操作过程，为什么说中断操作是一个CPU的微查询过程？

答：在中断响应中，CPU要完成以下自主操作过程：

a) 置位相应的优先级状态触发器，以标明所响应中断的优先级别

b) 中断源标志清零（TI、RI除外）

c) 中断断点地址装入堆栈保护（不保护PSW）

d) 中断入口地址装入PC，以便使程序转到中断入口地址处

在计算机内部，中断表现为CPU的微查询操作。89C51单片机中，CPU在每个机器周期的S6状态，查询中断源，并按优先级管理规则处理同时请求的中断源，且在下一个机器周期的S1状态中，响应最高级中断请求。

但是以下情况除外：

a) CPU正在处理相同或更高优先级中断

b) 多机器周期指令中，还未执行到最后一个机器周期

c) 正在执行中断系统的SFR操作，如RETI指令及访问IE、IP等操作时，要延后一条指令

18、在中断请求有效并开中断状况下，能否保证立即响应中断？有什么条件？

答：在中断请求有效并开中断状况下，并不能保证立即响应中断。这是因为，在计算机内部，中断表现为CPU的微查询操作。89C51单片机中，CPU在每个机器周期的S6状态下，查询中断源，并按优先级管理规则处理同时请求的中断源，且在下一个机器周期的S1状态中，响应最高级中断请求。

在以下情况下，还需要有另外的等待：

a) CPU正在处理相同或更高优先级中断

b) 多机器周期指令中，还未执行到最后一个机器周期

c) 正在执行中断系统的SFR操作，如RETI指令及访问IE、IP等操作时，要延后一条指令