MCS 51单片机原理及应用 教学课件 作者 王国永 5.pptVIP

第五章 中断和定时器／计数器 5.1.1 中断系统概述 在CPU与外部设备交换信息时，存在着高速的CPU和低速的外设之间的矛盾。若采用软件查询的方式，CPU会浪费较多的时间去等待外设。此外，对CPU外部随机或定时（如定时器发出的信号）出现的紧急事件，也常常需要CPU能马上响应。 1．中断的概念 当计算机执行正常程序时，系统中出现了某些急需处理的异常情况和特殊请求，这时CPU暂时中止现在正在执行的程序，转而去对随机发生的紧急事件进行处理（执行中断服务程序），待该事件处理完毕，CPU自动地回到原来被中断的程序继续执行，这个过程称为“中断”。 第五章 中断和定时器／计数器 几个概念： 中断处理子程序：“中断”之后所执行的处理程序通常称为中断服务程序或中断处理子程序； 原来执行的程序称为主程序； 断点：主程序被中断的位置（地址）称为断点； 引起中断的原因，或能够发出中断申请的来源称为中断源。 中断源要求服务的请求称为中断请求。 “中断请求”通常是一种电信号，CPU一旦对这个信号进行检测和响应便可自动转入该中断源的中断服务程序执行，并在执行完后自动返回原程序继续执行，由于中断源不同，中断服务程序的功能也不同。因此，中断又可看作CPU自动执行中断服务程序并返回原程序执行的过程。 2．中断的作用 引入中断后主要有以下几个方面的优点： 1）实现同步工作 计算机有了中断功能后，就解决了快速CPU与低速外设之间的矛盾，可以使CPU和外设同时工作。CPU启动外设以后，继续执行主程序，同时外设也在工作。当外设把数据准备好后，就发出中断请求，请求CPU中断正在执行的程序，转去执行中断服务程序（如输入／输出处理），中断服务程序执行完之后，CPU恢复执行主程序，外设也继续工作。这样，CPU可以指挥多个外设同时工作，从而大大提高了CPU的效率。 2．中断的作用 2）实现实时处理 在实时控制系统中，为使控制系统能保持在最佳工作状态，被控系统的各种控制参量可随时向计算机发出中断请求，要求CPU处理。对此，CPU必须作出快速响应和及时处理，这种实时处理功能只有靠中断技术才能实现。 3）实现故障处理 若计算机在运行过程中出现了事先预料不到的情况或故障时，如电源掉电、存储出错、运算溢出、传输错误等，可以利用中断系统自行处理，而不必停机。 3．中断源 通常在MCS-51系列单片机中，中断源有以下几种： 1）外部设备中断源 外部设备主要为计算机输入和输出数据，所以它是最原始和最广泛的中断源。外部设备在作为中断源时，通常要求它在输入或输出一个数据时能自动产生一个“中断请求”信号（如TTL高电平或TTL低电平），送到CPU的中断请求输入线INT0或INT1，以供CPU检测和响应。输入/输出设备，如键盘、打印机等都可以用作中断源。 2）被控对象中断源 在计算机用作实时控制时，被控对象常常被用作中断源，用于产生中断请求信号。例如：电压、电流、温度、压力、流量和流速等超越上限和下限，以及开关和继电器的闭合或断开等都可以作为中断源来产生中断请求信号，要求CPU通过执行中断服务程序来加以处理。因此，被控对象常常用作实时控制计算机的巨大中断源。 3）故障中断源 故障源是产生故障信息的来源，把它作为中断源可以使CPU能以中断的方式对已发生的故障进行及时处理。计算机故障中断源有内部和外部之分：CPU内部故障源引起内部中断，如除法中除数为零中断等；CPU外部故障源引起外部中断，如掉电中断等。在掉电时，当电压降低到一定值，就发出中断申请，由计算机的中断系统响应中断执行中断服务程序，保护现场和启用备用电源，以保存存储器中的信息。待电压恢复后继续执行掉电前的用户程序。 4）定时／计数脉冲中断源 定时／计数脉冲中断也有内部和外部之分。内部定时／计数中断是由单片机内部的定时器／计数器溢出（全“1”变全“0”）时自动产生的；外部定时／计数中断是由外部定时脉冲通过CPU的中断请求输入线或者定时器／计数器的输入线引起的。 4．中断系统的功能 中断系统是指能够实现中断功能的那部分硬件电路和软件程序。 中断系统一般具有以下功能： 1）进行中断优先权排队 通常请求下，在单片机应用系统中有多个中断源，有时可能会出现两个或多个中断源同时提出中断请求的情况，CPU应能找到优先级别最高的中断源，首先响应它的中断请求，在优先级别最高的中断源处理完之后，再去响应优先级别较低的中断请求。计算机按中断源优先级别高低逐次响应的过程称为优先权排队，这个过程可以通过硬件电路来实现，也可以通过软件查询来实现。 2）实现中断嵌套 当CPU响应某一中断源的中断请求在进行中断处理时，若有优先级别更高的中断源发出中断请求，则CPU应能中断正在执行的中断服务程序，保留这个程序的断点，去响应高级中断，待高级中断处理完后，再继续执行被中