51單片機(jī)中斷的響應(yīng)及撤銷

中斷響應(yīng)

中斷響應(yīng)就是單片機(jī)CPU對中斷源提出的中斷請求的接受。中斷請求被響應(yīng)后，再經(jīng)過一系列的操作，而后轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序，完成中斷所要求的處理任務(wù)。下面簡要說明80c51的中斷響應(yīng)過程：

1.外中斷采樣和內(nèi)中斷置位

1.1外中斷采樣

要想知道外中斷是否有請求發(fā)生，需要對外中斷進(jìn)行采樣。

當(dāng)通過軟件將寄存器TCON的IT0(或IT1)位設(shè)置為0時(shí)，/INT0（或/INT1）為電平觸發(fā)方式，CPU在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2（第五個(gè)狀態(tài)第2拍節(jié)）期間對/INT0（或/INT1）采樣，一旦在P3.2(或P3.3)上檢測到低電平時(shí)，則認(rèn)為有外部中斷申請，隨即由硬件使TCON的IE0（或IE1）位置1，向CPU申請中斷。在中斷響應(yīng)完成后轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)子程序，再由硬件自動(dòng)對IE0（或IE1）位清0.

當(dāng)寄存器TCON的IT0(或IT1)位為1，/INT0(或/INT1)為脈沖觸發(fā)方式，則CPU在每個(gè)機(jī)器的S5P2期間對/INT0(或/INT1)采樣，當(dāng)檢測到前一周期為高電平、后一周期為低電平時(shí)，由硬件使TCON的IE0(IE1)位置1，向CPU申請中斷，在中斷響應(yīng)完成后轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)子程序時(shí)，再由硬件自動(dòng)對IE0(IE1)位清0.在邊沿觸發(fā)方式中，為保證CPU在兩個(gè)機(jī)器周期內(nèi)檢測到由高到低的負(fù)跳變，高電平與低電平的持續(xù)時(shí)間不得少于一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。

1.2內(nèi)中斷置位

80c51把所有中斷標(biāo)志都集中到TCON和SCON寄存器中。其中外中斷是使用采樣的方法把中斷請求鎖定在TCON寄存器的IE0(IE1)標(biāo)志位上，而定時(shí)中斷和串行中斷的中斷請求由于都發(fā)生在芯片的內(nèi)部，定時(shí)中斷可以直接去置位TCON的TF0(TF1),串行中斷可以直接去置位SCON的RI和TI。內(nèi)中斷不存在采樣問題。

2.中斷查詢

所謂查詢，就是由CPU測試TCON和SCON中各標(biāo)志位的狀態(tài)，以確定有沒有中斷請求發(fā)生以及是哪一個(gè)中斷請求。單片機(jī)是在每一個(gè)機(jī)器周期的最后狀態(tài)（S6），按優(yōu)先級順序?qū)χ袛嗾埱髽?biāo)志進(jìn)行查詢，即先查詢高級中斷后查詢低級中斷，同級中斷按“外部中斷0—定時(shí)中斷0—外部中斷1—定時(shí)中斷1—串行中斷”的順序查詢。如果查詢到有標(biāo)志位為“1”，則表明有中斷請求發(fā)生，接著就從相鄰的下一個(gè)機(jī)器周期的S6狀態(tài)開始進(jìn)行中斷響應(yīng)。

由于中斷請求是隨機(jī)發(fā)生的，CPU無法預(yù)先得知，因此在程序執(zhí)行過程中，中斷查詢要在指令執(zhí)行的每個(gè)機(jī)器周期中不停地重復(fù)進(jìn)行。換句話說，就相當(dāng)于你在看書的時(shí)候，每一秒鐘都會(huì)抬起頭來聽一聽，看一看，是不是有人按門鈴，是否有電話，燒的開水是否開了。。。。。。看來，單片機(jī)比人蠢多了。

3.中斷響應(yīng)

當(dāng)查詢到有效的中斷請求時(shí)，緊接著就進(jìn)行中斷響應(yīng)。中斷響應(yīng)時(shí)，根據(jù)寄存器TCON、SCON中的中斷標(biāo)記，由硬件自動(dòng)生成一條長調(diào)用指令LCALL XXXX，這里的XXXX就是程序存儲(chǔ)器中斷區(qū)中相應(yīng)中斷的入口地址。對于80c51的5個(gè)獨(dú)立中斷源，這些入口地址已由系統(tǒng)設(shè)定。這樣在產(chǎn)生了相應(yīng)的中斷以后，就可轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置去執(zhí)行。

例如，對于外部中斷0的響應(yīng)，產(chǎn)生的長調(diào)用指令為

LCALL  0003H

生成LCALL指令后，緊接著就由CPU執(zhí)行，首先將當(dāng)前程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容（準(zhǔn)備執(zhí)行的指令的地址）壓入堆棧以保護(hù)斷點(diǎn)，再將中斷入口地址裝入PC，使程序轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷區(qū)入口地址。從中斷源所對應(yīng)的向量地址中可以看出，一個(gè)中斷向量入口地址到下一個(gè)中斷向量入口地址之間只有8個(gè)單元。也就是說，中斷服務(wù)程序的長度如果超過了8B，就會(huì)占用下一個(gè)中斷的入口地址，導(dǎo)致出錯(cuò)。但一般情況下，很少有一段中斷服務(wù)程序只占用少于8B的情況，為此可以在中斷入口處寫一條“LJMP XXXX”或“AJMP XXXX”指令，這樣可以把實(shí)際處理中斷的程序放到ROM的任何一個(gè)位置。

例如，若采用外中斷0，在程序的開始處可以這樣寫：

ORG  0000H

LJMP  MAIN

ORG  0003H

LJMP  INT_0

;以下是主程序

MAIN:

；以下是外中斷0服務(wù)程序

INT_0:

RETI

END

中斷服務(wù)程序完成后，一定要執(zhí)行一條RETI指令，執(zhí)行這條指令后，CPU將會(huì)把堆棧中保存著的地址取出，送回PC，那么程序就會(huì)從主程序的中斷處繼續(xù)往下執(zhí)行了。

說明  CPU所做的保護(hù)工作是很有限的，只保護(hù)了一個(gè)地址（主程序中斷處的地址），而其他的所有東西都不保護(hù)，所以如果你在主程序中用到了如A、DPTR、PSW等，在中斷程序中要用它們，還要保證回到主程序后這里面的數(shù)據(jù)還是沒執(zhí)行中斷以前的數(shù)據(jù)，就得自己保護(hù)起來。

CPU會(huì)在機(jī)器周期的S5P2階段讀入中斷標(biāo)志，并在下一個(gè)機(jī)器周期中檢查，如果中斷條件成立時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自行產(chǎn)生一個(gè)LCALL到相對應(yīng)的中斷服務(wù)例程中，可是如果有下面3種情況時(shí)，系統(tǒng)是不會(huì)對中斷要求信號有反應(yīng)的：

a有相等或更高級的中斷正在執(zhí)行中，這與處理突發(fā)事件的狀況相同，既然已經(jīng)在處理突發(fā)情況，當(dāng)然就不再接受其他中斷條件，除非接下來的中斷情形的優(yōu)先權(quán)比較高。

由此得到一個(gè)觀念：所有的中斷程序都應(yīng)該盡量簡捷，一處理完中斷事項(xiàng)后立即回主程序，才不會(huì)占用過多時(shí)間，進(jìn)而影響系統(tǒng)的性能。

b目前的機(jī)器周期不是該指令的最后一個(gè)周期，由于80c51在指令執(zhí)行時(shí)，分別有1個(gè)、2個(gè)和4個(gè)機(jī)器周期之分，也就是說，必須完全執(zhí)行完此指令后，系統(tǒng)對中斷信號才會(huì)有所反應(yīng)。比方說，當(dāng)系統(tǒng)正在執(zhí)行MUL  AB指令（需花4個(gè)機(jī)器周期）時(shí)，中斷信號必須出現(xiàn)在第4個(gè)機(jī)器周期上才算有效。這也就意味著，中斷信號必須持續(xù)足夠長的時(shí)間，以便80c51的CPU有時(shí)間去反應(yīng)。

c若正在執(zhí)行的指令為RETI或者是關(guān)于中斷設(shè)置IE、IP的指令時(shí)，對正好出現(xiàn)的中斷信號不反應(yīng)，因?yàn)樯鲜龅那闆r剛好是某個(gè)中斷服務(wù)程序的結(jié)束，或是允許/禁止某個(gè)中斷的指令，當(dāng)然是等到這些指令執(zhí)行完畢后，才會(huì)對中斷信號有所反應(yīng)，這些指令最多占用兩個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，所以這時(shí)的中斷信號必須保持有兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，才能被80c51接受。

中斷的撤除

中斷響應(yīng)后，TCON或SCON中的中斷請求標(biāo)志應(yīng)及時(shí)清除。否則就意味著中斷請求仍然存在，弄不好就會(huì)造成中斷的重復(fù)查詢和響應(yīng)，因此就存在一個(gè)中斷請求的撤除問題。

1 定時(shí)器中斷請求的撤除

定時(shí)中斷響應(yīng)后，硬件自動(dòng)把標(biāo)志位TF0（或TF1）清0，因此定時(shí)中斷的中斷請求是自動(dòng)撤除的，不需要用戶干預(yù)。

2 串行中斷軟件撤除

對于串行中斷，CPU響應(yīng)中斷后，沒有用硬件清除它們的中斷標(biāo)志RI、TI，必須在中斷服務(wù)程序中用軟件清除，以撤除其中斷請求。

3 外中斷請求的撤除

外部中斷的撤除包括中斷標(biāo)志位IE0(或IE1)的清0和外中斷請求信號的撤除。其中IE0(或IE1)清“0”是在中斷響應(yīng)后由硬件電路自動(dòng)完成的。剩下的只是外中斷引腳請求信號的撤除了。下面對脈沖和電平兩種觸發(fā)方式分別進(jìn)行討論。

a對于脈沖方式的中斷請求，由于脈沖信號過后就消失了，也可以說中斷請求信號是自動(dòng)撤除的。

b對于電平方式的外部中斷，中斷標(biāo)志的撤除是自動(dòng)的，但中斷請求信號的低電平可能繼續(xù)存在，在以后機(jī)器周期采樣時(shí)，又會(huì)把已清0的IE0或IE1標(biāo)志位重新置1.為此，要徹底解決電平方式外中斷的撤除，除了標(biāo)志位清0之外，必要時(shí)還需在中斷響應(yīng)后把中斷請求信號引腳從低電平強(qiáng)制改變?yōu)楦唠娖?，為此，可在系統(tǒng)中增加如圖所示電路

外中斷請求標(biāo)志撤除電路

從圖可以看出，外部中斷0請求信號在D觸發(fā)器（可選用74LS74）的時(shí)鐘輸入端。當(dāng)外部設(shè)備有中斷請求信號（為低電平）出現(xiàn)時(shí)，Q端輸出為低電平,/INT0有效，向CPU發(fā)出中斷請求信號。CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)程序中由軟件安排1個(gè)低電平中斷應(yīng)答信號，從P1.0送至D觸發(fā)器的/SD（置位端，低電平有效），使D觸發(fā)器的Q端輸出為高電平，從而撤除了低電平的外中斷0請求信號。/SD端所需的低電平可通過在中斷服務(wù)程序中增加一下指令的得到：

ANL  P1,#0FEH      ;使P1.0輸出為低電平，D觸發(fā)器置位

在中斷服務(wù)程序中還要加上撤除外中斷0標(biāo)志指令，即

CLR  IE0            ;清外中斷標(biāo)志，以便下次可再次中斷

可見，電平方式外部中斷請求信號的撤除是通過軟、硬件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)的。