51单片机的中断相关知识

51单片机的中断相关知识点

一、中断概念和功能

概念

程序执行过程中CPU会遇到一些特殊情况，是正在执行的程序被“中断”，cpu中止原来正在执行的程序，转到处理异常情况或特殊事件的程序去执行，结束后再返回到原被中止的程序处(断点)继续执行

中断技术可以实现的功能

• 分时操作：使得CPU能与多个外设同时工作
• 实时处理：当单片机用于实时控制时，请求CPU的服务是随机发生的（如按下按键），有了中断系统，就可以使得CPU立即响应并且进行处理
• 故障处理：单片机在运行时往往会出现一些故障（如电源断电、存储器奇偶校验位出错、运算溢出等），有了中断系统，CPU可即使转去处理故障程序

二、中断控制系统

系统结构

中断源

中断源	中断源名称	中断向量	中断号
P3.2引脚电平/脉冲	$\overline{INT0}$	0003H	0
定时计数器0的溢出标志位状态	T0	000BH	1
P3.3引脚的电平/脉冲	$\overline{INT1}$	0013H	2
定时/计数器1的溢出标志位状态	T1	001BH	3
串行口数据缓冲器的工作状态	TX/RX	0023H	4

其中，$\overline{INT0}$和$\overline{INT1}$都是外部中断（需要引脚电平或脉冲触发），剩下的三个都是内部中断，CPU会定时检测他们的标志位以检测中断。

中断请求标志

在程序运行中，CPU只需要定期查看中断请求标志是否为1，就可以知道有没有中断发生。
下面是中断源对应的标志位以及触发方式说明：

中断源名称	中断触发方式	中断请求标志以及取值
$\overline{INT0}$	P3.2出现负跳变或低电平	IE0 = 1
T0	定时/计数器T0接受的脉冲数达到溢出程度	TF0 = 1
$\overline{INT1}$	P3.3出现负跳变或低电平	IE1 = 1
T1	定时/计数器T1接受的脉冲数达到溢出程度	TF1 = 1
TX/RX	一串行数据被发送/接收后	TI = 1 (发送) RI = 1 (接收)

值得一提的是：内部中断源TX/RX在串行数据发送之后的标志位虽然会自动置为1，但是并不会再自动置为0，需要我们在代码中置0

中断的控制

51单片机有四个寄存器与中断有关：

• 定时控制寄存器TCON
• 串行口控制寄存器SCON
• 中断优先级控制寄存器IP
• 中断允许控制

TCON定时控制寄存器

• IT0（Interrupt0 Touch）：当IT0 = 0， $\overline{INT0}$ 端输入低电平表示输入的是中断请求信号；当IT0 = 1， 则输入下降沿信号表示输入的是中断请求信号。

• IE0（Interrupt0 Exterior）：$\overline{INT0}$ 端没有中断请求信号输入，IE0不变；$\overline{INT0}$ 端有中断请求信号输入，IE0变为1。

• IT1（Interrupt1 Touch）： 当IT1 = 0，则 $\overline{INT1}$ 端输入低电平表示输入的是中断请求信号；当IT1 = 1， 则 $\overline{INT1}$ 输入下降沿信号表示输入的是中断请求信号。

• IE1（Interrupt1 Exterior） ：$\overline{INT1}$ 端没有中断请求信号输入，IE1不变； $\overline{INT1}$ 端有中断请求信号输入，IE1变为1。

• TR0（Timer0 Run）：TR0 = 1，T0定时/计数器开始工作；TR0 = 0，T0定时/计数器停止工作。

• TF0（Timer0 Flag）：当T0定时/计数器溢出，TF0变为1，立个Flag请求中断；T0定时/计数器没有溢出，TF0为0，不申请中断。

• TR1（Timer1 Run）：TR1 = 1，T1定时/计数器开始工作；TR1 = 0，T1定时/计数器停止工作。

• TF1（Timer1 Flag）：当T1计数器溢出，TF1变为1，立个Flag请求中断；T1计数器没有溢出，TF1为0，不申请中断。

当IT0 = 1，往 $\overline{INT0}$ 端输入下降沿，IE0变为1，并且中断子程序结束后，IE0会自动变回0；当IT0 = 0，往 $\overline{INT0}$ 端输入低电平，IE0变为1，但是中断子程序结束后，IE0不会自动归零，所以要记得用指令将IE0置零。同理，IT1和IE1也是这样的，负跳变引起的中断可以自动变为0，但是低电平的就不行

SCON串行控制寄存器

RI（Receive Interrupt）：串行口每接收完一帧数据，RI就变为1，表明数据已经接收完成，并且向CPU发送中断请求信号。

TI（Text Interrupt）：串行口每发送完一帧数据，TI就变为1，表明数据已经发送完成，并且向CPU发送中断请求信号。

注意：单片机的中断子程序结束后，TI和RI不会自动归零，所以要记得用指令将它们归零。

IE中断允许控制寄存器

• EX0（Enable Exterior0）：EX0 = 1，允许 $\overline{INT0}$ 端口输入的中断请求信号通过；EX0 = 0，不允许 $\overline{INT0}$ 端口输入的中断请求信号通过。

• ET0（Enable Timer0）：ET0 = 1，允许T0端口输入的中断请求信号通过；ET0 = 0，不允许T0端口输入的中断请求信号通过。

• EX1（Enable Exterior1）：EX1 = 1，允许 $\overline{INT0}$ 端口输入的中断请求信号通过；EX1 = 0，不允许 $\overline{INT0}$ 端口输入的中断请求信号通过。

• ET1（Enable Timer1）：ET1 = 1，允许T0端口输入的中断请求信号通过；ET1 = 0，不允许T0端口输入的中断请求信号通过。

• ES（Enable Serial）：ES = 1，允许串行通信接口输入的中断请求信号通过；ES = 0，不允许串行通信接口输入的中断请求信号通过。（从RXD接口接收完一帧数据会发送中断请求信号，从TXD接口发送完一帧数据也会发送中断请求信号）

• EA（Enable All Interrupt）：EA = 1，只要前面的中断允许位为1，中断请求信号就能通过；EA = 0，就算前面的中断允许位为1，中断请求信号也不能通过。

IP中断优先级控制寄存器

• PX0（Priority Exterior0）：当PX0 = 1时， $\overline{INT0}$ 为高优先级；当PX0 = 0时，
  $\overline{INT0}$ 为低优先级。

• PT0（Priority Timer0）：当PT0 = 1时，T0为高优先级；当PT0 = 0时，T0为低优先级。

• PX1（Priority Exterior1）：当PX1 = 1时， $\overline{INT0}$ 为高优先级；当PX1 = 0时，
  $\overline{INT0}$ 为低优先级。

• PT1（Priority Timer1）：当PT1 = 1时，T1为高优先级；当PT1 = 0时，T1为低优先级。

• PS（Priority Serial）：当PS=1时，串行通信口为高优先级；当PS=0时，串行通信口为低优先级。

中断向量单元地址和自然优先级

如果同时有多个高优先级的中断源，那么它们在都优先于低优先级中断源的基础上，再以自然优先级别来排序。

三、中断控制过程

中断响应

中断响应是指CPU从发现中断请求，到开始执行中断函数的过程。CPU响应中断的基本条件为：

1. 有中断源发出中断请求
2. EA = 1
3. 对应的中断允许位为1

CPU响应中断后，由硬件自动执行如下功能操作：

1. 中断优先级查询，低于优先级的不予理睬
2. 保护断点，把PC的内容压入堆栈
3. 清除可清除的中断请求标志位
4. 调用中断函数
5. 返回断点

响应时间

从查询中断请求标志到执行中断函数的第一条语句所经历的时间，称为响应中断时间。

外部中断的响应时间一般在3 ~ 8个机器周期之间。

中断撤销

中断响应后，TCON和SCON中的中断请求标志位应及时清零。

对于不同中断请求的撤销方法是不同的：

• 定时/计数器中断： 全自动，TF0和TF1的清零全部由硬件完成
• 脉冲触发：仍然为全自动
• 电平触发：IE0和IE1在被硬件标记为1（也就是通过低电平被触发了中断时）之后是不会被硬件再置为0的，需要软件清零。
• 对于串行口中断：因为中断响应后，需要测试两个标志位的状态（记得吗，串行后的中断标志位有两个），因此不能自动置0。

中断函数

C51中断函数采用如下的定义方式：

void 函数名 (void) interrupt n [using m] {
...函数语句...
}

其中：

• interrupt ：C51扩展关键词，n为对应的中断号，使用interrupt可以让编译器知道对应的中断向量地址（=8 * n + 3），并在该地址上设置一个指向该中断函数首地址的无条件跳转指令，C语言这种处理方式使得比汇编语言的开发效率更加高
• using：C51扩展关键词，使用using m可以切换工作寄存器组，省去中断响应时为了保护断点进行的压栈操作，提高速度。using m省略时默认采用当前工作寄存器组（由PSW特殊功能寄存器的RS1和RS0位确定）

组号m与工作寄存器组的关系如下：

组好m	工作寄存器组	字节地址	RS1 RS0
0	第0组：R0~R7	0~0x07	0 0
1	第1组： R0~ R7	0x08~0x0f	0 1
2	第2组： R0~R7	0x10~0x17	1 0
3	第3组： R0~R7	0x18~ 0x1f	1 1

另外需要注意以下几点：

• 允许在中断函数中使用return语句，但是不能使用带有表达式的语句。
• 可以使用全局变量，以弥补无参和无返回值的使用限制
• 中断函数只能被系统调用
• 中断函数应该尽量简短，在主函数或其他函数中根据中断标志值进行响应处理