单片机原理及应用：中断系统结构与控制寄存器
大家好啊，这几天因为考试断更了一段时间，现在放假了也可以恢复正常的更新速度了。今天我们来认识一下单片机的中断系统，这里可以说是我们学习单片机以来第一个核心功能，我们会分几期内容来深入了解中断系统的作用原理和应用方式。
中断的定义
中断的结构
TCON
SCON
IE
IP
中断的定义
- 当CPU正在执行某个程序时，由单片机内部或外部的原因引起的紧急事件，向CPU发出请求处理的信号
- CPU在允许的情况下响应请求信号，暂时停止正在执行的程序，保护好断点处的现场
- 转向执行一个用于处理该紧急事件的程序
- 处理完后又返回被中止的程序断点处，继续执行原程序
它并不是单指在输入请求信号的作用下打断原程序，而是包括保存原程序、执行中断服务、返回原程序等多个步骤，重点是在立即执行中断程序的同时不影响原先进程。
中断的结构
先前提到中断是由单片机内部或外部的原因向CPU发送请求信号而引发的，那么我们就要提出一个中断请求源的概念。中断请求源是指产生中断请求的源头，在51单片机中共有5个中断请求源，包括外部中断引脚（INT0和INT1）以及内部中断源（如定时器中断、串口中断等）。
我们从左到右依次介绍，首先是最左侧的中断源，大家看到有6个名称，可能会感到疑惑——不是五个中断源吗。实际上图中的TX和RX对应的是同一个中断，即串口通信中断，TX负责发送功能，而RX负责接收功能。除了串口中断外，都是一个引脚对应一个中断源，INT0是外部中断0，由P3.2引脚输入；紧接着是定时器/计数器T0，由P3.4引脚输入；在之后是INT1和T1，分别对应外部中断1和定时器/计数器1，引脚号可以参考STC89C52的结构图。ST，C89C52STC89C52STC89C52
细心的朋友会发现，T0,T1,TX和RX是直接接到中断标志上的，为什么INT1和INT0后面还有IT0和1的选择呢。实际上这个选择也是由TCON控制的，只是外部中断信号在输入时，需要先设置相应的触发方式。在51单片机中，整个中断系统主要由与中断相关的4个特殊功能寄存器和硬件查询电路等组成，分别为：
- 定时/计数器控制寄存器TCON
- 串行口控制寄存器SCON
- 中断允许控制寄存器IE
- 中断优先级控制寄存器IP
TCON
TCON全称是定时/计数器控制寄存器，作用是控制定时器的启动与停止，并保存T0、T1的溢出中断标志和外部中断的中断标志。
| 地址 | 88H | 8FH | 8EH | 8DH | 8CH | 8BH | 8AH | 89H | 88H |
| 名称 | TCON | TF1 | TR1 | TF0 | TR0 | IE1 | IT1 | IE0 | IT0 |
高四位控制定时器0和1，低四位控制外部中断0和1.
TF1和TF0位分别表示定时器1和定时器0的溢出标志位。当定时器溢出时，对应的溢出标志位会被置位。
TR1和TR0位用于控制定时器1和定时器0的开始/停止操作。当TR1或TR0位被置位时，对应的定时器开始计数；当TR1或TR0位被清零时，对应的定时器停止计数。
IE1和IE0位分别表示外部中断1和外部中断0的使能位。当IE1或IE0位被置位时，对应的外部中断允许产生中断请求。
IT1和IT0位用于设置外部中断1和外部中断0的触发类型。当IT1或IT0位为0时，对应的外部中断触发类型为电平触发；当IT1或IT0位为1时，对应的外部中断触发类型为边沿触发。
下面对两种触发方式做一些补充：
当外部中断引脚被设为电平触发时，对应的TCON寄存器的IT0或IT1位需要被清零。这样，当外部中断引脚检测到高电平（或低电平，具体取决于电平触发的方式）时，中断就会被触发，处理器会跳转到外部中断的中断服务程序执行相应的操作。那么电平触发的方式应该怎么确定呢？在上方的引脚图中，我们可以看到P3.2和P3.3对应的INT引脚被加上了横线，这代表“低电平有效”，也就是说当51单片机的外部中断引脚检测到低电平时才会触发中断。
边沿触发也叫跳沿触发，是指当外部中断引脚的电平发生变化时，中断被触发。边沿触发方式可以选择上升沿触发或下降沿触发。在51单片机中，由于“低电平有效”，所以采用下降沿触发。当外部中断引脚检测到高电平下降为低电平时，中断就会被触发，处理器会跳转到外部中断的中断服务程序执行相应的操作。
两种触发方式各有利弊，需要根据使用场景来选择。电平触发的中断响应速度更快，并且对中断源的响应更灵敏。但是如果中断源的电平被保持时间过长，那么中断服务程序可能会被频繁调用，导致额外的中断处理负担，而跳沿触发方式适合于以负脉冲形式输入的外部中断请求，检测规律性的变化电平。
SCON
- SM0/FE: 串口通信模式位/帧错误位。SM0和SM1位用于设置串口通信的工作模式，而FE位用于指示接收到的数据帧是否有错误。
- SM1: 串口通信模式位。SM0和SM1位组合起来用于设置串口通信的工作模式。不同的SM0和SM1位组合可以实现不同的通信模式，如8位单机通信模式、9位单机通信模式、多机通信模式等。
- SM2: 多机通信模式位。SM2位仅在SM0和SM1位为10时有效，用于指示当前处于多机通信模式。在多机通信模式下，可以通过地址识别不同的串口设备。
- REN: 接收使能位。REN位用于控制串口接收器的启用和禁用。当REN位为1时，接收器处于启用状态，可以接收数据；当REN位为0时，接收器处于禁用状态，不接收数据。
- TB8/RB8: 发送/接收的第8位。TB8位用于指示发送的数据帧的第8位，而RB8位用于指示接收到的数据帧的第8位。
- TI: 发送中断标志位。TI位用于指示发送操作是否完成，当发送操作完成后，TI位将置1。可以通过检测TI位来判断是否可以发送下一个数据。
- RI: 接收中断标志位。RI位用于指示接收操作是否完成，当接收到数据后，RI位将置1。可以通过检测RI位来读取接收到的数据。
通过设置和操作SCON寄存器的不同位，可以实现对串口通信相关功能的控制和操作，实现单片机与外部设备的串口通信。
IE
| 地址 | A8H | AFH | / | / | ACH | ABH | AAH | A8H | A9H |
| 名称 | IE | EA | / | / | ES | ET1 | EX1 | ET0 | EX0 |
EA: 总中断使能位，用于控制总体中断的使能和禁止。当EA位为1时，允许中断；当EA位为0时，禁止中断。
ET0: 定时器0中断使能位，用于控制定时器0中断的使能和禁止。当ET0位为1时，允许定时器0中断；当ET0位为0时，禁止定时器0中断。ET1: 定时器1中断使能位，同理。
EX0: 外部中断0使能位，用于控制外部中断0的使能和禁止。当EX0位为1时，允许外部中断0；当EX0位为0时，禁止外部中断0。EX1: 外部中断1使能位，同理。
ES: 串口中断使能位，用于控制串口中断的使能和禁止。当ES位为1时，允许串口中断；当ES位为0时，禁止串口中断。
通过设置和操作IE寄存器的不同位，可以控制不同中断的允许和禁止。同时，通过设置EA位可以一次性控制所有中断的允许和禁止。
IP
| 地址 | B8H | / | / | / | BCH | BBH | BAH | B9H | B8H |
| 名称 | IP | / | / | / | PS | PT1 | PX1 | PT0 | PX0 |
PX0: 外部中断0的优先级位。当PX0位为1时，外部中断0的优先级为高优先级；当PX0位为0时，外部中断0的优先级为低优先级。
PT0: 定时器0中断的优先级位。当PT0位为1时，定时器0中断的优先级为高优先级；当PT0位为0时，定时器0中断的优先级为低优先级。
PX1: 外部中断1的优先级位。当PX1位为1时，外部中断1的优先级为高优先级；当PX1位为0时，外部中断1的优先级为低优先级。
PT1: 定时器1中断的优先级位。当PT1位为1时，定时器1中断的优先级为高优先级；当PT1位为0时，定时器1中断的优先级为低优先级。
PS: 串口中断的优先级位。当PS位为1时，串口中断的优先级为高优先级；当PS位为0时，串口中断的优先级为低优先级。
IP寄存器中的位设置可以决定不同中断的优先级，高优先级的中断会优先被处理。当多个中断同时到达时，优先级高的中断会先被响应。需要注意，IP寄存器的设置需要与IE寄存器的设置相配合，才能正确地实现中断的优先级控制。
这里补充一点优先级的设定：单片机共有三个优先级，优先顺序分别是高优先级中断>低优先级中断>普通程序，普通程序可以有多个，中断源在无说明的情况下默认为低优先级，也就是5个，而高优先级需要在IP中设定，且只能有一个。正在执行低优先级的中断服务程序可被高优先级的中断源所中断，但不能被同级或低级别的中断源所中断； 正在执行的高优先级的中断服务程序不能被任何中断源所中断。
另外中断源还存在着自然优先级，如果几个同一优先级别的中断源，同时向CPU请求中断，CPU将通过单片机内部的硬件查询逻辑，首先响应自然优先级较高的中断源的中断请求。自然优先级由电路规定，如图所示：
今天我们一同学习了中断的基础概念和系统组成，之后会为大家介绍中断服务函数的使用。