了解中断系统：单片机开发入门与典型设计实例

1.中断的基本概念

在计算机系统运行过程中，当CPU正在处理某个事件时，外部或者内部发生的某个事件请求，要求CPU迅速去处理，于是CPU会暂时中断当前的工作，转到运行请求的事件中。处理完请求的事件后，再返回到原来被中止的地方继续原来的工作，这个过程称为中断。中断流程如图4-1所示。

如果单片机没有中断控制系统，那么无论是否有内部事件或外部事件发生，CPU都必须去查询，这样CPU的大量时间就会浪费在查询是否有内部事件或者外部事件的操作上。采用中断技术完全消除了CPU在查询方式中的等待现象，大大提高了单片机的工作效率和实时性。由于中断方式的优点极为明显，因此单片机的硬件结构中都带有中断系统。

图4-1 中断响应过程

2.单片机中断组成原理

单片机中断系统的结构如图4-2所示，5个中断分别有5个中断源，并提供2个中断优先级控制，能够实现两级中断服务程序的嵌套。单片机的中断系统通过4个相关的特殊功能寄存器TCON、SCON、IE和IP来进行管理，因此用户可以用软件对每个中断的开和关以及优先级进行控制。

定时器控制寄存器TCON用于设定外部中断的中断请求信号的有效形式，同时用于保存定时/计数器T0和T1的中断请求标志位。串行接口控制寄存器SCON用于保存串行接口（SIO）的发送中断标志和接收中断标志。中断控制寄存器IE用于设定各个中断源的开放或关闭。各个中断源的优先级可以由中断优先级寄存器IP中的相应位来确定，同一优先级中的各中断源同时请求中断时，由中断系统的内部查询逻辑来确定响应的顺序。

图4-28 051单片机中断系统的结构

（1）中断源

单片机5个中断源都有自己的标志位，包括外部中断（P3.2）引脚接收的外部中断请求；外部中断INT1（P3.3）引脚接收的外部中断请求；定时器/计数器0（T0）溢出中断请求；定时器/计数器1（T0）溢出中断请求；串行接口完成一帧数据发送或接收中断请求源TI或RI。

其中一般称为外部中断，T0、T1和串行接口（SIO的TI和RI）则称为内部中断。在有中断请求时，由相应的中断标志位保存其中断请求信号，分别存放在特殊功能寄存器TCON和SCON中。增强型的MCS-51系列单片机，则比MCS-51系列单片机多一个中断源T2。

（2）中断优先级

单片机的中断系统具有两级优先级控制，系统在处理时遵循中断级别优先原则，多个同级的中断源同时产生中断请求时，系统按照默认的顺序先后予以响应，5个中断默认优先级见表4-1。中断优先级从中断号0～4依次降低，即中断号为0的中断优先级最高，中断号为4的中断优先级最低。

表4-1 单片机的中断

（3）中断系统使用的多功能寄存器

要使用8051单片机的中断功能，必须掌握4个相关的特殊功能寄存器中特定位的意义及其使用方法。下面分别介绍4个特殊功能寄存器对中断的具体管理方法。

1）TCON。定时器控制寄存器TCON是定时器/计数器T0和T1的控制寄存器，也用来锁存T0和T1的溢出中断请求TF0、TF1标志及外部中断请求源标志IE0、IE1。TCON的字节地址88H，既支持字节操作，又支持位操作。位地址的范围是88H～8FH，每一个位单元都可以用位操作指令直接处理。其格式如下：

IT0为外部中断0（INT0）触发方式控制位，用于设定INT0中断请求信号的有效方式。如果将IT0设定为1，则外部中断0为边沿（脉冲下降沿）触发方式，CPU在每个机器周期的S5P2采样的输入信号（即单片机的P3.2脚）。如果在一个机器周期中采样到高电平，在下一个机器周期中采样到低电平，则硬件自动将IE0置为“1”，向CPU请求中断；如果IT0为0，则外部中断0为电平触发方式。此时系统如果检测到端输入低电平，则置位IE0。采用电平触发时，输入到端的外部中断信号必须保持低电平，直至该中断信号被检测到。同时在中断返回前必须变为高电平，否则会再次产生中断。概括地说，IT0＝1时，的中断请求信号是脉冲后沿（负脉冲）有效，即P3.2从1变为0时系统认为INT0有中断请求；IT0＝0时，INT0的中断请求信号是低电平有效，即P3.2保持为0时系统认为有中断请求。

IE0为外部中断0的中断请求标志位。如果IT0置1，则当P3.2上的电平由1变为0时，由硬件置位IE0，向CPU申请中断。如果CPU响应该中断，在转向中断服务时，由硬件将IE0复位。

可见，IT0用于设定中断请求的信号形式。设定了IT0后，如果INT0产生了有效的中断请求信号（P3.2出现脉冲下降沿或低电平），则由中断系统的硬件电路自动将IE0置位。单片机系统在工作过程的每一个机器周期的特定时刻（即S5P2），通过检测的中断请求标志位IE0是1还是0来确定是否有中断请求，而不是通过检测P3.2上的中断请求信号来确定的中断请求。IT0＝1时表示有中断请求，IT0＝0时则没有中断请求。INT1的情况类似，不再重复说明。

IT1为外部中断1的触发方式控制位。其意义与IT0相同。

IE1为外部中断1的中断请求标志位。其意义与IE0相同。(www.xing528.com)

TF0为定时器/计数器T0的溢出中断请求标志位。当T0开始计数后，从初值开始加1计数，在计满产生溢出时，由硬件使置位TF0，向CPU请求中断，CPU响应中断时，硬件自动将TF0清零。如果采用软件查询方式，则需要由软件将TF0清零。因此，系统是通过检查TF0的状态来确定T0是否有中断请求。TF0＝1表示T0有中断请求，TF0＝0时则没有中断请求。

TF1为定时器/计数器T1的溢出中断请求标志位，其作用与TF0相同。

TR0和TR1分别是T0和T1的控制位，与中断无关。它们将在定时器/计数器应用内容中介绍。

2）SCON。SCON为串行通信控制寄存器，主要用于设置串行接口的工作方式，同时也用于保存串行接口的接收中断和发送中断标志。其字节地址是98H，既支持字节操作，又支持位操作。位地址的范围是98H～9FH。8位中只有最低的两位与中断有关，其格式如下：

RI为串行接口的接收中断标志位。8051单片机的串行通信共有4中工作方式。在串行通信的方式0中，每当接收到第8位数据时，由硬件置位RI。在其他工作方式中，若SM2＝0，在接收到停止位的中间时置位RI；若SM2＝1，仅当接收到的第9位数据RB8为1时，并且在接收到停止位的中间时置位RI，表示串行接口已经完成一帧数据的接收，向CPU申请中断，准备接收下一帧数据。但当CPU转到串行中断服务程序时，不复位RI，必须由用户在程序中用软件来清零RI。简单地说，串行接口在接收完一帧数据时自动将RI置位，向CPU申请中断。

TI为串行通信的发送中断标志位。在方式0中，每当发送完8位数据时由硬件置位。在其他方式中，在发送到停止位开始时置位TI，表示串行接口已经完成一帧数据的发送，向CPU申请中断，准备发送下一帧数据。要发送的数据一旦写入串行接口的数据缓冲器SBUF，单片机的硬件电路就立即启动发送器进行发送。CPU响应中断时并不清零TI，同样要在程序中用软件来清零。

3）IE。8051单片机的CPU对中断源的开放或屏蔽（即关闭），是由片内的中断允许寄存器IE（也称为中断控制寄存器或中断屏蔽寄存器）控制的。IE的字节地址是A8H，既支持字节操作，又支持位操作。位地址的范围是A8H～AFH。8位中有6位与中断有关，剩下的两位没有定义。其格式如下：

EA为CPU的中断开放标志。EA＝0时，CPU屏蔽所有的中断请求，此时即使有中断请求，系统也不会去响应；EA＝1时，CPU开放中断，但每个中断源的中断请求是允许还是被禁止，还需由各自的控制位确定。

ES为串行接口的中断控制位。ES＝1，允许串行通信中断；ES＝0，禁止串行通信中断。

ET1：定时器/计数器1的溢出中断控制位。ET1＝1，T1的中断开放，ET1＝0，T1的中断被关闭。

EX1为外部中断1的中断控制位。EX1＝1，允许外部中断1中断；EX1＝0，禁止外部中断1的中断。

ET0为定时器/计数器T0的溢出中断控制位。ET0＝1时允许T0中断；ET0＝0，禁止T0中断。

EX0为外部中断0的中断控制位。EX0＝1，允许外部中断0的中断；EX0＝0，禁止外部0的中断。

可见，EA＝0时，所有的中断都被屏蔽，此时IE低5位的状态没有任何作用。EA＝1时，可以通过对IE低5位的设置来开放或关闭相应的中断。单片机复位后，IE寄存器被清零，所有的中断都被屏蔽。IE寄存器中各个位的状态支持位寻址，用户根据要求对相应位赋值，而实现相应的中断源允许中断或禁止中断，当然也可以采用字节操作来实现。

例如，若要求开放外部中断，关闭内部中断，则需EA＝1，EX0＝1。

4）中断优先级控制寄存器IP。8051单片机的中断系统有两个中断优先级。对于每一个中断请求源都可编程为高优先级中断或低优先级中断，实现两级中断嵌套。中断优先级是由片内的中断优先级寄存器IP控制的。IP的字节地址是B8H，既支持字节操作，又支持位操作。位地址的范围是B8H～BFH。8位中有5位与中断有关，剩下的3位没有定义。其格式如下：

PS为串行接口的中断优先级控制位。PS＝1时，串行接口被定义为高优先级中断源；PS＝0时，串行接口被定义为低优先级中断源。

PT1为定时器/计数器T1的中断优先级控制位。PT1＝1，T1被定义为高优先级中断源；PT1＝0，T1被定义为低优先级中断源。

PX1为外部中断1（INT1）的优先级控制位。PX＝1，外部中断1被定义为高优先级中断源；PX0＝0，外部中断1被定义为低优先级中断源。

PT0为定时器/计数器T0的中断优先级控制位。其功能与PT1相同。

PX0为外部中断0（INT0）的优先级控制位。其功能与PX1相同。

中断优先级控制寄存器IP的各位都由用户置位或复位，可用位操作指令或字节操作指令更新IP的内容，以改变各中断源的中断优先级，单片机复位后IP全为0，各个中断源均为低优先级中断。