MCS-51系列单片机中断系统初始化及处理示例

使用中断系统时，必须做好的准备工作称之为中断系统初始化。这一工作是在程序的初始化段用三种指令完成的。

1.开相应中断源的中断

MCS-51系列单片机的中断系统由中断允许寄存器IE（A8H）来控制对各中断源的中断请求被开通（允许）或被关闭（禁止）。

SFR中（A8H）IE各位定义如图6-4所示，其作用是当IE的各位为

图6-4 中断允许寄存器IE各位定义

EA：中断总允许位。 EA=0时关闭总开关，禁止一切中断。

EA=1时接通总开关，才可能使各个中断源的请求传到CPU。

IE.6：保留位。

ET2：定时器/计数器2溢出中断允许位。 ET2=0时禁止该类中断。

ET2=1时接通源允许相应开关，将中断请求送到总允许部分。

ES：串行接口收、发中断允许位。 ES=0时禁止该类中断。

ES=1时接通源允许相应开关，将中断请求送到总允许部分。

ET1：定时器/计数器1溢出中断允许位。 ET1=0时禁止该类中断。

ET1=1时接通源允许相应开关，将中断请求送到总允许部分。

EX1：外部中断1（）允许位。 EX1=0时禁止该类中断。

EX1=1时接通源允许相应开关，将中断请求送到总允许部分。

ET0：定时器/计数器0溢出中断允许位。 ET0=0时禁止该类中断。

ET0=1时接通源允许相应开关，将中断请求送到总允许部分。

EX0：外部中断0（）允许位。 EX0=0时禁止该类中断。

EX0=1时接通源允许相应开关，将中断请求送到总允许部分。

注意：要使某个中断源的中断申请得到响应，必须保证EA=1和相应的允许位为1。中断允许寄存器IE既可按字节寻址，也可按位寻址。

例如：采用的中断初始化指令为：

ORL IE，#84H， 其作用就是对EA、EX1置1——开外中断1。

按位寻址为：SETB EA

SETB EX1

2.设定所用中断源的中断优先级

单片机采用了自然优先级和人工设置高、低优先级的策略，即可以由程序员设定哪些中断是高优先级、哪些中断是低优先级，由于只有两级，必有一些中断处于同一级别，处于同一级别的，就由自然优先级确定。即：

1）低优先级中断可被高优先级中断所中断，反之不能。

2）一种中断（不论是什么优先级），一旦得到响应，与它同级的中断源不能打断它。

3）当同时收到多个同级的中断请求时，哪一个首先得到中断服务，取决于单片机内部的查询顺序。

MCS-51系列单片机的5个中断源均可设为高低两个级别，由中断优先级寄存器IP来控制，IP各位的定义如图6-5所示。

图6-5 中断优先级寄存器IP各位定义

在响应中断时，CPU先响应高优先级中断；在同一级别中按表6-2中顺序来响应中断。

表6-2 MCS-51系列单片机中断优先排序表

3.设定中断服务程序始地址

将中断响应引入中断服务程序。在中断入口地址的3个字节中写入长跳转指令“LJMP SU-BI，SUBI”为相应中断源的中断服务程序的始地址。

例如：在6.1.4应用实例中

ORG 0013H；的中断入口地址

LJMP PO16；PC←PO16（01E7H）转向中断服务程序。

4.中断处理过程

中断处理过程可分为中断响应、中断处理和中断返回3个阶段。不同的单片机因其中断系统的硬件结构不同，中断响应的方式也有所不同。

（1）中断响应 中断响应是CPU对中断源中断请求的响应，包括保护断点和将程序转向中断服务程序的入口地址（通常称矢量地址）。CPU并非任何时刻都响应中断请求，而是在中断响应条件满足之后才会响应。

1）CPU响应中断的条件有：

①中断源发出中断请求。

②中断总允许位EA=1。

③申请中断的中断源允许。

满足以上基本条件，CPU一般会响应中断，但若有下列任何一种情况存在，则中断响应会受到阻断。

①CPU正在响应同级或高优先级的中断。

②当前指令未执行完。

③正在执行RETI中断返回指令或访问专用寄存器IE和IP的指令。

若存在上述任何一种情况，中断查询结果即被取消，CPU不响应中断请求而在下一机器周期继续查询，否则，CPU在下一机器周期响应中断。

CPU在每个机器周期的S5P2（图2-13）期间查询每个中断源，并设置相应的标志位，在下一机器周期S6期间按优先级顺序查询每个中断标志，如查询到某个中断标志为1，将在再下一个机器周期S1期间按优先级进行中断处理。

2）中断响应过程包括保护断点和将程序转向中断服务程序的入口地址。首先，中断系统通过硬件自动生成长调用指令（LCALL），该指令自动把断点地址压入堆栈保护（不保护累加器A、状态寄存器PSW和其他寄存器的内容）；然后，将对应的中断入口地址装入程序计数器PC（由硬件自动执行），使程序转向该中断入口地址，执行中断服务程序。MCS-51系列单片机各中断源的入口地址由硬件事先设定，见表6-1。

使用时，通常在这些中断入口地址处存放一条绝对跳转指令，使程序跳转到用户安排的中断服务程序的起始地址上去。如采用定时器T1中断，其中断入口地址为001BH，中断服务程序名为CONT，因此指令形式为：

（2）中断处理 中断处理就是执行中断服务程序。中断服务程序从中断入口地址开始执行，到返回指令“RETI”为止，一般包括两部分内容，一是保护现场，二是完成中断源请求的服务。

通常，主程序和中断服务程序都会用到累加器A、状态寄存器PSW及其他一些寄存器，当CPU进入中断服务程序用到上述寄存器时，会破坏原来存储在寄存器中的内容，一旦中断返回，将会导致主程序的混乱。因此在进入中断服务程序后，一般要先保护现场，然后执行中断处理程序，在中断返回之前再恢复现场。

编写中断服务程序时还需注意以下几点：(www.xing528.com)

1）各中断源的中断入口地址之间只相隔8个字节，容纳不下普通的中断服务程序，因此在中断入口地址单元通常存放一条无条件转移指令，可将中断服务程序转至存储器的其他任何空间。

2）若要在执行当前中断程序时禁止其他更高优先级中断，需先用软件关闭CPU中断，或用软件禁止相应高优先级的中断，在中断返回前再开放中断。

3）保护和恢复现场时，为了不使现场数据遭到破坏或造成混乱，一般规定此时CPU不再响应新的中断请求。因此编写中断服务程序时，要注意在保护现场前关中断，在保护现场后若允许高优先级中断，则应开中断。同样，在恢复现场前也应先关中断，恢复之后再开中断。中断处理过程流程如图6-6所示。

图6-6中 断处理过程流程图

（3）中断返回 中断返回是指中断服务完成后，CPU返回原来断开的位置（即断点），继续执行原来的程序。中断返回由中断返回指令RETI来实现。该指令的功能是把断点地址从堆栈中弹出，送回到程序计数器PC，此外，还通知中断系统已完成中断处理，并同时清除优先级状态触发器。

（4）中断请求的撤除 CPU响应中断请求后即进入中断服务程序，在中断返回前，应撤除该中断请求，否则会重复引起中断而导致错误。MCS-51系列单片机各中断源中断请求撤销的方法各不相同，分别为：

1）定时器中断请求的撤除。对于定时器0或1溢出中断，CPU在响应中断后即由硬件自动清除其中断标志位TF0或TF1，无需采取其他措施。

2）串行接口中断请求的撤除。对于串行接口中断，CPU在响应中断后，硬件不能自动清除中断请求标志位TI、RI，必须在中断服务程序中用软件将其清除。

3）外部中断请求的撤除。外部中断可分为边沿触发型和电平触发型。

对于负边沿触发的外部中断0或1，CPU在响应中断后由硬件自动清除其中断标志位IE0或IE1，无需采取其他措施。

对于电平触发的外部中断，其中断请求撤除方法较复杂。因为对于电平触发外部中断，CPU在响应中断后，硬件不会自动清除其中断请求标志位IE0或IE1，也不能用软件将其清除，所以在CPU响应中断后，应立即撤除或引脚上的低电平。否则，就会引起重复中断而导致错误。而CPU又不能控制或引脚的信号，因此只有通过硬件再配合相应软件才能解决这个问题。图6-7所示是撤除外部中断请求的电路之一。

图6-7 撤除外部中断请求的电路

由图可知，外部中断请求信号不直接加在或引脚上，而是加在D触发器的CLK端。由于D端接地，当外部中断请求的正脉冲信号出现在CLK端时，Q端输出为0，或为低，外部中断向单片机发出中断请求。利用P1接口的P1.0作为应答线，当CPU响应中断后，可在中断服务程序中采用两条指令撤除外部中断请求。

ANL P1，#0FEH

ORL P1，#01H

第一条指令使P1.0为0，因P1.0与D触发器的异步置1端SD相连，Q端输出为1，从而撤除中断请求。第二条指令使P1.0变为1，Q=1，Q继续受CLK控制，即新的外部中断请求信号又能向单片机申请中断。第二条指令是必不可少的，否则将无法再次形成新的外部中断。

（5）中断响应时间 中断响应时间是指从中断请求标志位置位到CPU开始执行中断服务程序的第一条指令所持续的时间。CPU并非每时每刻对中断请求都予以响应，不同的中断请求其响应时间也是不同的，因此中断响应时间形成的过程较为复杂。以外部中断为例，CPU在每个机器周期的S5P2（图2-13）期间采样其输入引脚或端的电平，如果中断请求有效，则置位中断请求标志位IE0或IE1，然后在下1个机器周期再对这些值进行查询，这就意味着中断请求信号的低电平至少应维持1个机器周期。这时，如果满足中断响应条件，则CPU响应中断请求，在下1个机器周期执行一条硬件长调用指令“LACLL”，使程序转入中断矢量入口。该调用指令执行时间是2个机器周期，因此外部中断响应时间至少需要3个机器周期，这是最短的中断响应时间。

如果中断请求不能满足前面所述的3个条件而被阻断，则中断响应时间将延长。例如1个同级或更高级的中断正在进行，则附加的等待时间取决于正在进行的中断服务程序的长度。如果正在执行的一条指令还没有进行到最后1个机器周期，则附加的等待时间为1～3个机器周期（因为一条指令的最长执行时间为4个机器周期）。如果正在执行的指令是RETI指令或访问IE或IE的指令，则附加的等待时间在5个机器周期之内（最多用1个机器周期完成当前指令，再加上最多4个机器周期完成下一条指令）。

若系统中只有1个中断申请，则中断响应时间为3～8个机器周期。

例1：要求每次按动按键，使外接发光二极管LED改变一次亮灭状态，其接线如图6-8所示。

解：输入按键信号，P1.0输出改变LED状态。

1）跳变触发：每次跳变引起一次中断请求。

图6-8 例1接线图

主程序如下：

2）电平触发：避免一次按键引起多次中断响应。

①软件等待按键释放。

②硬件清除中断信号。

主程序如下：

例2：要求没有中断申请时，8个发光二极管同时闪烁，每次按动按键，发光二极管轮流闪烁2遍。

接线图如图6-9所示。

开始，P1接口灯闪烁，中断产生，P1接口呈流水灯操作。

参考程序如下：

图6-9 例2接线图

主程序运行结果如图6-10所示，中断后运行结果如图6-11所示。

图6-10 主程序运行结果（见彩插）

例3：AT89C51单片机中断优先级应用。

利用AT89C51单片机主程序控制P0接口数码管循环显示0～9；外中断0、外中断1发生时分别在P2、P1接口依次显示0～9；外中断1为高优先级，外中断0为低优先级。高优先级可以中断低优先级，低优先级不能中断高优先级，同一优先级不能相互中断。

接线如图6-12所示，流程如图6-13所示。在Protues中调用的器件有单片机AT89C51、瓷片电容CAP（30PF）、晶振CRYSTAL（12MHz）、电阻RES、排阻RX8、按钮BUTTON、电解电容CAP-ELEC、7SEG-COM-AN-GRN、排阻RESPACK-8。

图6-11 中断后运行结果（见彩插）

参考程序如下：

图6-12 接线图（见彩插）

图6-13 流程图