第4章 中断、定时计数器与串行口

IT0：外部中断0触发方式控制位。
当IT0=0，外部中断0选择为电平触发方式（低电平有效）当IT0=1外 部中断0选择为边沿触发方式（下降沿有效）。

IE0：外部中断0中断请求标志位。
IE0=1时，表示向CPU请求中断。
IT1：外部中断1触发方式控制位。 IE1：外部中断1中断请求标志位。 TF0：定时/计数器T0溢出中断请求标志位。
0023H
↓
低
串行口
MCS-51单片机的中断优先级控制原则
不同级的中断源同时申请中断时，先响应高级后响应低 级。 同级的中断源同时申请中断时，按事先规定执行。即 MCS-51单片机中规定的同级中断优先顺序。
处理低级中断又收到高级中断请求时，停止低级转去先 执行高级。
处理高级中断又收到低级中断请求时，不响应它，等待 做完高级处理后再处理低级中断。
将相应的优先级状态触发器置“1”(以阻断后来的ห้องสมุดไป่ตู้级
或低级的中断请求)； 执行一条硬件LCALL指令，把程序计数器(PC)的内容 压入堆栈保存，再将相应的中断服务程序的入口地址 送入PC； 进入中断服务程序后，CPU自动清除中断请求标志 TF0、TF1、IE0、IE1，但不能清除TI和RI。
中断响应的最长时间由下列情况所决定：若中断查询
时正在执行RETI或者访问IE(或IP)指令的第1个机器周期
，则连查询在内需要2个机器周期(以上3条指令均需2个机
中断响应过程
执行中断服务程序
在主程序中事先进行中断初始化； 在中断服务程序入口地址单元放一条长转移指令LJMP， 这样中断服务程序能灵活地安排64KB程序存储器的任何
地方；
在中断服务程序中，首先用软件保护现场，在中断服务 之后、中断返回前恢复现场，以防止中断返回后，丢失原 寄存器的内容。
4.1.4
中断响应的条件、过程和时间
中断处理过程分为4个阶段：中断请求→中断响应→中 断服务→中断返回。
中断响应条件
CPU在每个机器周期的S5P2时刻对各个中断源的中断标志进 行采样。
这些采样值在下一个机器周期内按优先级和内部顺序被依 次查询。如果某个中断标志在上一个机器周期的S5P2被置 成了“1”，那么它将于现在的查询周期中及时被发现。 接着CPU便执行一条由中断系统提供的硬件LCALL指令，转 向被称作中断向量的特定入口地址，进入相应的中断服务 程序。
第4章
中断、定时/计数器与串行口
教学提示：51子系列单片机应用广泛的一个重要原因是它
在一个芯片里集成了应用系统所需的大部分(或所有)硬件功能，
本章叙述的是完成这些硬件功能的内部标准功能单元，构成了
51子系列单片机的核心体系结构。
教学要求：本章让学生掌握内部标准功能单元中断系统、
定时/计数器和串行通信接口的逻辑结构、功能和应用设计方法。
和中断有关的特殊功能寄存器
定时/计数器控制寄存器TCON(88H)
TCON：它锁存2个定时/计数器的溢出中断标志及外 部中断( INT 0)和( INT1)的中断标志，与中断有关的各位 定义如下：
位 TCON D7 TF1 D6 TR1 8EH D5 TF0 8DH D4 TR0 8CH D3 IE1 8BH D2 IT1 8AH D1 IE0 89H D0 IT0 88H 位地址 8FH 88H 字节地址
将相应的优先级状态触发器置“1”(以阻断后来的 同级或低级的中断请求)；
执行一条硬件LCALL指令，把程序计数器(PC)的内容压入
堆栈保存，再将相应中断服务程序的入口地址送入PC；
(5) 进入中断服务程序后，CPU自动清除中断请求标志TF0、 TF1、IE0、IE1，但不能清除TI和RI。
(6)在主程序中事先进行中断初始化，在中断服务程序 中 断 服 务 过 程 入口地址单元放一条长转移指令LJMP，这样中断服 务程序能灵活地安排64KB程序存储器的任何地方。 (7) 在中断服务程序中，首先用软件保护现场，在中断服 务之后、中断返回前恢复现场，以防止中断返回后， 丢失原寄存器的内容。 (8) 当执行到RET1时，中断服务程序结束。 中 断 返 回 (9) 将中断响应时压入堆栈保存的断点地址从栈顶弹出送 回PC，CPU从原来中断的地方继续执行程序；
在T0启动后就开始由初值加“1”计数，直至最高位产生溢出由硬件 置位(TF0)，向CPU请求中断。CPU响应中断时，TF0由硬件自动清 “0”。

TF1：定时/计数器T1溢出中断请求标志位。
串行接口控制寄存器(98H)
SCON是串行接口控制寄存器，与中断有关的是它的 低位TI和RI。
位 SCON 位地址
定的自然优先级确定其响应次序。
MCS-51的中断源
外部中断0：来自P3.2引脚上的外部中断请求；
外部中断1：来自P3.3引脚上的外部中断请求；
T0：片内定时/计数器0溢出(TF0)中断请求；
T1：片内定时/计数器1溢出(TF1)中断请求； 串行接口：片内串行接口完成一帧数据的发送或接收后，产 生中断请求TI或RI。

故障处理
计算机在运行过程中，往往会出现事先预料不到的 情况，或出现一些故障。
中断源
引起中断的原因，或能发出中断申请的来源，称
为中断源。通常中断源有以下几种：
外部输入、输出设备 故障源


控制对象
定时/计数脉冲，当定时/计数器溢出时产生中断请求。 对于每种中断事件，要求其能够发出中断请求信 号，而且要符合CPU响应中断的条件，即要明确属于哪 种中断源。中断源是系统规定的可引起中断的部件或来 源。
MCS-51单片机的中断系统结构示意图
4.1.3
中断系统的控制与实现
MCS-51单片机的中断系统可以提供5个中断申请 源，它们的控制与实现由片内4个SFR来完成。
定时/计数器的控制寄存器(TCON)和串行接口控制寄存
器(SCON)的相应位规定中断类型和触发方式； 中断允许寄存器(IE)控制CPU是否响应中断请求； 中断优先级寄存器(IP)安排各中断源的优先级，同一优先 级内各中断同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑按规
当CPU将一个发送数据写入串行接口发送缓冲器时，就 启动了发送过程。每发送完一个串行帧，由硬件置位(TI) ，向CPU请求中断。同样，TI必须由软件清除。
中断允许寄存器IE(A8H)
CPU对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏蔽是 由中断允许寄存器(IE)控制的。
IE的状态可通过程序由软件设定； 某位设定为“1”，相应的中断源中断允许； 某位设定为“0”，相应的中断源中断屏蔽；
中断源的服务程序的入口，一般在入口处执行 一跳转指令转去处理中断事件(中断服务)；
中断返回：待CPU将中断事件处理完毕后，再回到原来
程序被中断的地方继续处理执行程序，这一处 理过程称为中断返回。
中断系统的概念和基本结构
中断过程示意图
为什么要用中断?
当CPU与外设交换信息时，由于外设的速度比较
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1 TI
D0 RI 98H
字节地址
9FH
9EH
9DH
9CH
9BH 9AH
99H
98H
RI：串行接口接收中断标志位。
当允许串行接口接收数据时，每接收完一个串行帧，由 硬件置位RI，向CPU请求中断。CPU响应中断时，不能 自动清除RI，RI必须由软件清除。
TI：串行接口发送中断标志位。
中断系统的功能
实现中断及返回

能实现优先权排队

高级中断源能中断低级的中断处理
4.1.2
MCS-51单片机的中断系统
MCS-51单片机的中断系统提供5个中断申请源
外部中断0和外部中断1； 定时/计数器(T0)和(T1)的溢出中断；
串行接口的接收和发送中断。
这5个中断源可分为两个优先级，可实现两级中断服务 程序嵌套。
中断响应必须满足下列条件：
无同级或高级中断正在服务； 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或需访问特殊功能寄存器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。
单片机便在紧接的下一个机器周期的S1期间响应 中断，否则，将丢弃中断查询的结果！
中断响应过程
(10)将相应中断优先级状态触发器清“0”，通知中断系 统，中断服务程序已执行完毕。
中断响应时间
所谓中断响应时间，是指从查询中断请求标志位到转入 中断服务程序入口地址所需的机器周期数(对单一中断源而 言)。 响应中断最短需要3个机器周期。若CPU查询中断请求 标志的周期正好是执行1条指令的最后1个机器周期，则不 需等待就可响应。响应中断执行1条长调用指令需要2个机 器周期，加上查询的1个机器周期，共需要3个机器周期才 开始执行中断服务程序。
CPU复位时，IE各位清“0”，禁止所有中断。
IE各位的定义如下：
位 IE 位地址 D7 EA D6 D5 D4 ES D3 ET1 ABH D2 EX1 AAH D1 ET0 A9H D0 EX0 A8H AFH AEH ADH ACH A8H 字节地址
EX0：外部中断(0)中断允许位；
中断处理过程（汇总中断响应→中断服务→ 中断返回）
（1）CPU在每个机器周期的S5P2时刻对各个中断源的中断标志
进行采样。
（2）这些采样值在下一个机器周期内按优先级和内部顺序被
中 断 响 （3) 应 过 程 (4)
依次查询。如果某个中断标志在上一个机器周期的S5P2
被置成了1，那么它将于现在的查询周期中及时被发现。


同一优先级的中断优先权排队，由中断系统硬件 确定的自然优先级形成，其排列如下表所示。