MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)（1）

在CPU 與外設(shè)交換信息時(shí)，存在著一個(gè)快速的 CPU 與慢速的外設(shè)之間的矛盾。為解決這個(gè)問題，發(fā)展了中斷的概念。
單片機(jī)在某一時(shí)刻只能處理一個(gè)任務(wù)，當(dāng)多個(gè)任務(wù)同時(shí)要求單片機(jī)處理時(shí)，這一要求應(yīng)該怎么實(shí)現(xiàn)呢？通過中斷可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)的資源共享。
中斷現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)生活中也會(huì)經(jīng)常遇到，例如，你在看書——手機(jī)響了——你在書上作個(gè)記號(hào)——你接通電話和對(duì)方聊天——談話結(jié)束——從書上的記號(hào)處繼續(xù)看書。這就是一個(gè)中斷過程。通過中斷，你一個(gè)人在一特定的時(shí)刻，同時(shí)完成了看書和打電話兩件事情。用計(jì)算機(jī)語言來描述，所謂的中斷就是，當(dāng) CPU 正在處理某項(xiàng)事務(wù)的時(shí)候，如果外界或者內(nèi)部發(fā)生了緊急事件，要求 CPU 暫停正在處理工作而去處理這個(gè)緊急事件，待處理完后，再回到原來中斷的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序，這個(gè)過程稱作中斷。
從中斷的定義我們可以看到中斷應(yīng)具備中斷源、中斷響應(yīng)、中斷返回這樣三個(gè)要素。中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，當(dāng)中斷響應(yīng)完成后應(yīng)進(jìn)行中斷返回，返回被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。

MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)

MCS-51單片機(jī)的中斷源

MCS-51單片機(jī)的中斷源共有兩類，它們分別是：外部中斷和內(nèi)部中斷
1. 外部中斷源
? 外部中斷0（#INT0）：來自P3.2引腳，采集到低電平或者下降沿時(shí)，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。
? 外部中斷1（#INT1）：來自#P3.3引腳，采集到低電平或者下降沿時(shí)，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。
2. 內(nèi)部中斷源
? 定時(shí)器∕計(jì)數(shù)器0（T0）：定時(shí)功能時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來自片內(nèi)；計(jì)數(shù)功能時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來自片外P3.4引腳。發(fā)生溢出時(shí)，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。
? 定時(shí)器∕計(jì)數(shù)器1(T1)：定時(shí)功能時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來自片內(nèi)；計(jì)數(shù)功能時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來自片外P3.5引腳。發(fā)生溢出時(shí)，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。
? 串行口：為完成串行數(shù)據(jù)傳送而設(shè)置。單片機(jī)完成接受或發(fā)送一組數(shù)據(jù)時(shí)，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。

中斷控制的專用寄存器

MCS-51單片機(jī)為用戶提供了四個(gè)專用寄存器，來控制單片機(jī)的中斷系統(tǒng)。

1. 定時(shí)器控制寄存器（TCON）
該寄存器用于保存外部中斷請(qǐng)求以及定時(shí)器的計(jì)數(shù)溢出。進(jìn)行字節(jié)操作時(shí)，寄存器地址為88H。按位操作時(shí)，各位的地址為88H～8FH。寄存器的內(nèi)容及位地址表示如下：

位地址	8FH	8EH	8DH	8CH	8BH	8AH	89H	88H
位符號(hào)	TF1	TR1	TF0	TR0	IE1	IT1	IE0	IT0

? IT0 和IT1——外部中斷請(qǐng)求觸發(fā)方式控制位
IT0 （IT1）＝1 脈沖觸發(fā)方式，下降沿有效
IT0 （IT1）＝0 電平觸發(fā)方式，低電平有效
?IE0和IE1——外中斷請(qǐng)求標(biāo)志位
當(dāng)CPU采樣到#INT0（或#INT1）端出現(xiàn)有效中斷請(qǐng)求時(shí)，IE0（IE1）位由硬件置“ 1”。當(dāng)中斷響應(yīng)完成轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)，由硬件把IE （或IE ）清零。
?TR0 和TR1——定時(shí)器運(yùn)行控制位
TR0 （TR1 ）＝0 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器不工作
TR0 （TR1 ）＝1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器開始工作
? TF0和TF1——計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位
當(dāng)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)，相應(yīng)的溢出標(biāo)志位由硬件置“1”。當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)時(shí)，再由硬件自動(dòng)清“0”。計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位的使用有兩種情況：采用中斷方式時(shí)，作中斷請(qǐng)求標(biāo)志位來使用；采用查詢方式時(shí)，作查詢狀態(tài)位來使用。

2. 串行口控制寄存器（SCON）
進(jìn)行字節(jié)操作時(shí)，寄存器地址為98H。按位操作時(shí)，各位的地址為98H~9FH。寄存器的內(nèi)容及位地址表示如下：

位地址	9FH	9EH	9DH	9CH	9BH	9AH	99H	98H
位符號(hào)	SM0	SM1	SM2	REN	TB8	RB8	TI	RI

其中與中斷有關(guān)的控制位共2位：
? TI——串行口發(fā)送中斷請(qǐng)求標(biāo)志位
當(dāng)發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置“1”；在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，用軟件清“0”。
? RI——串行口接收中斷請(qǐng)求標(biāo)志位
當(dāng)接收完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置“1”；在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，用軟件清“0”。串行中斷請(qǐng)求由TI和RI的邏輯或得到。就是說，無論是發(fā)送標(biāo)志還是接收標(biāo)志，都會(huì)產(chǎn)生串行中斷請(qǐng)求。

3. 中斷允許控制寄存器（IE）
進(jìn)行字節(jié)操作時(shí)，寄存器地址為0A8H。按位操作時(shí)，各位的地址為0A8H~0AFH。寄存器的內(nèi)容及位地址表示如下：

位地址	0AFH	0AEH	0ADH	0ACH	0ABH	0AAH	0A9H	0A8H
位符號(hào)	EA	/	/	ES	ET1	EX1	ET0	EX0

其中與中斷有關(guān)的控制位共6位：
? EA——中斷允許總控制位
EA＝0 中斷總禁止，禁止所有中斷
EA＝1 中斷總允許，總允許后中斷的禁止或允許由各中斷源的中斷允許控制位進(jìn)行設(shè)置。
?EX0和EX1——外部中斷允許控制位
EX0（EX1）＝0 禁止外部中斷
EX0（EX1）＝1 允許外部中斷
?ET0和ET1——定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷允許控制位
ET0（ET1）＝0 禁止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷
ET0（ET1）＝0 允許定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷
?ES——串行中斷允許控制位
ES=0 禁止串行中斷
ES=1 允許串行中斷
可見，MCS-51單片機(jī)通過中斷允許控制寄存器對(duì)中斷的允許（開放）實(shí)行兩級(jí)控制。即以EA位作為總控制位，以各中斷源的中斷允許位作為分控制位。當(dāng)總控制位為禁止時(shí)，關(guān)閉整個(gè)中斷系統(tǒng)，不管分控制為狀態(tài)如何，整個(gè)中斷系統(tǒng)為禁止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)總控制位為允許時(shí)，開放中斷系統(tǒng)，這時(shí)才能由各分控制位設(shè)置各自中斷的允許與禁止。
MCS-51單片機(jī)復(fù)位后（IE）＝00H，因此中斷系統(tǒng)處于禁止?fàn)顟B(tài)。單片機(jī)在中斷響應(yīng)后不會(huì)自動(dòng)關(guān)閉中斷。因此在轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序后，應(yīng)根據(jù)需要使用有關(guān)指令禁止中斷，即以軟件方式關(guān)閉中斷。

4. 中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器（IP）
MCS-51單片機(jī)的中斷優(yōu)先級(jí)控制比較簡(jiǎn)單，因?yàn)橄到y(tǒng)只定義了高、低2個(gè)優(yōu)先級(jí)。高優(yōu)先級(jí)用“1”表示，低優(yōu)先級(jí)用“0”表示。各中斷源的優(yōu)先級(jí)由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器（IP）進(jìn)行設(shè)定。IP寄存器地址0B8H，位地址為0BFH～0B8H。寄存器的內(nèi)容及位地址表示如下：

位地址	0BFH	0BEH	0BDH	0BCH	0BBH	0BAH	0B9H	0B8H
位符號(hào)	/	/	/	PS	PT1	PX1	PT0	PX0

其中：
PX0——外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；
PT0——定時(shí)中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；
PX1——外部中斷1優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；
PT1——定時(shí)中斷1優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；
PS——串行中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。
以上各位設(shè)置為“0”時(shí)，則相應(yīng)的中斷源為低優(yōu)先級(jí)；設(shè)置為“1”時(shí)，則相應(yīng)的中斷源為高優(yōu)先級(jí)。
優(yōu)先級(jí)的控制原則是：
? 低優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求不能打斷高優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)；但高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求可以打斷低優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。
? 如果一個(gè)中斷請(qǐng)求已被響應(yīng)，則同級(jí)的其它中斷服務(wù)將被禁止。即同級(jí)不能嵌套。
? 如果同級(jí)的多個(gè)中斷同時(shí)出現(xiàn)，則按CPU查詢次序確定哪個(gè)中斷請(qǐng)求被響應(yīng)。其查詢次序?yàn)椋和獠恐袛?→定時(shí)中斷→外部中斷→定時(shí)中斷→串行中斷。
中斷優(yōu)先級(jí)控制，除了中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器之外，還有兩個(gè)不可尋址的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器。其中一個(gè)用于指示某一高優(yōu)先級(jí)中斷正在進(jìn)行服務(wù)，從而屏蔽其它高優(yōu)先級(jí)中斷；另一個(gè)用于指示某一低優(yōu)先級(jí)中斷正在進(jìn)行服務(wù)，從而屏蔽其它低優(yōu)先級(jí)中斷，但不能屏蔽高優(yōu)先級(jí)的中斷。此外，對(duì)于同級(jí)的多個(gè)中斷請(qǐng)求查詢的次序安排，也是通過專門的內(nèi)部邏輯實(shí)現(xiàn)的。