淺談MCS—51單片機中斷系統(tǒng)邏輯控制圖

袁芬　余成路

摘 要：單片機所具有的復(fù)雜實時控制功能與中斷技術(shù)密不可分，面對控制對象隨機發(fā)出的中斷請求，單片機必須做出快速響應(yīng)并及時處理，以使被控制對象保持在最佳工作狀態(tài)，達到預(yù)定的控制效果。中斷技術(shù)對單片機來說顯得尤為重要，正確掌握中斷技術(shù)對于后期單片機的學習有很大意義。

關(guān)鍵詞：單片機；中斷系統(tǒng)邏輯控制圖；特殊功能寄存器

單片機所具有的復(fù)雜實時控制功能與中斷技術(shù)密不可分，面對控制對象隨機發(fā)出的中斷請求，單片機必須做出快速響應(yīng)并及時處理，以使被控制對象保持在最佳工作狀態(tài)。下面針對單片機的中斷系統(tǒng)進行詳細分析，以便讀者對該部分內(nèi)容能有更透徹地了解。

1 現(xiàn)實生活中的“中斷”現(xiàn)象（圖1）

2 計算機的中斷概念

是指計算機在按序執(zhí)行某程序時，為處理來自機內(nèi)外的隨機事件，CPU隨機暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，執(zhí)行完后自動返回原處。

2.1 中斷嵌套

計算機正在執(zhí)行一個中斷服務(wù)子程序時，如出現(xiàn)另一個更緊急的中斷請求， CPU暫停執(zhí)行當前的中斷服務(wù)程序，轉(zhuǎn)向處理新的中斷服務(wù)，等到這個任務(wù)完成后再返回原中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行，這個過程稱為中斷嵌套。

2.2 現(xiàn)場保護和現(xiàn)場恢復(fù)

（1）現(xiàn)場——中斷時刻單片機中有關(guān)存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)或狀態(tài)。

（2）現(xiàn)場保護——為了防止因執(zhí)行中斷服務(wù)程序，而修改原存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)或狀態(tài)，將相關(guān)數(shù)據(jù)送入堆棧中保存起來，以便在中斷返回后不改變主程序的運行數(shù)據(jù)。

（3）現(xiàn)場恢復(fù)——中斷服務(wù)結(jié)束后，在返回主程序之前，把保存的現(xiàn)場內(nèi)容從堆棧中彈出，以恢復(fù)相關(guān)存儲單元的原有內(nèi)容。

2.3 關(guān)中斷和開中斷

2.4 中斷的作用

使一臺計算機能“同時”處理多項事務(wù)；完全消除了內(nèi)外信息交換時的等待時間，極大地提高了工作效率；實現(xiàn)了現(xiàn)場實時控制。

3 MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)概述

3.1 中斷系統(tǒng)邏輯控制圖（圖3）

該圖能夠讓讀者形成較清晰的邏輯思路。

3.2 中斷源和中斷矢量地址

所謂中斷源，是指引起CPU中斷的根源，或能向CPU發(fā)出中斷請求的來源。

中斷矢量地址也稱中斷向量，它是指相應(yīng)中斷請求被響應(yīng)后，CPU應(yīng)將程序引向何處——PC地址。這個地址是該中斷服務(wù)子程序的起始地址（也稱入口地址或首址）。

3.3 外中斷、定時中斷

外中斷作用：緊急處理外部事件或因外部事件引發(fā)的問題；外中斷請求信號0和外中斷請求信號1分別由12#和13#引腳輸入；有電平和脈沖兩種請求方式，用戶采用軟件選擇，低電平或下降沿有效；外部請求信號的高、低電平至少要維持1個機器周期。

定時中斷作用：滿足定時和計數(shù)的需要；任一個內(nèi)部定時器/計數(shù)器，當定時時間到或計數(shù)值滿時計數(shù)機構(gòu)溢出，它可作為中斷請求信號從單片機內(nèi)部向中斷系統(tǒng)發(fā)出中斷請求；計數(shù)器/定時器的計數(shù)、定時信號分別從外部和內(nèi)部輸入。

3.4 串行中斷

作用：進行串行數(shù)據(jù)的傳送；在串行口接收或發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，單片機內(nèi)部自動向中斷系統(tǒng)發(fā)出一個中斷請求信號。

3.5 中斷請求標志位

每一個中斷源對應(yīng)一個中斷請求標志位，它們設(shè)置在兩個特殊功能寄存器——定時器控制寄存器（TCON）、串行口控制寄存器（SCON）中，當有中斷源請求中斷時，由它們的相應(yīng)位作標志。

3.6 中斷允許與優(yōu)先級控制

中斷的允許與否、優(yōu)先級別則分別由中斷允許控制寄存器（IE）和中斷優(yōu)先級控制寄存器（IP）經(jīng)軟件方式設(shè)定。

限于篇幅跟中斷有密切關(guān)系的其他四個特殊功能的寄存器：定時器控制寄存器（TCON）、串行口控制寄存器（SCON）、中斷允許控制寄存器（IE）、中斷優(yōu)先級控制寄存器（IP）功能在此就不再詳細講解。