中断系统是单片机处理突发事件的关键机制,它使得单片机能够实时响应外部或内部的异常情况,而不必按照预设的顺序执行程序。在51系列单片机中,中断系统具有重要的地位,因为它提供了灵活的方式来处理各种优先级的事件。
中断的概念包括以下几个关键点:
1. **中断源**:中断请求可以由外部硬件(例如按键、定时器溢出)或内部硬件(如串行通信中断)触发,51单片机有5个外部硬件中断源,即INT0、INT1、T0、T1和串行口中断。
2. **中断请求标志**:每个中断源都有相应的标志位,如IE0、TF0等,当标志位为1时,表示该中断源有请求。
3. **中断优先级**:51单片机有两个中断优先级,高优先级中断可以嵌套到低优先级中断中。中断优先级可以通过设置IP寄存器来调整。
4. **中断允许与屏蔽**:通过设置IE和IP寄存器的位,可以单独或整体控制中断的开启和关闭,以及中断的优先级。
5. **中断响应**:中断响应包括中断响应条件(中断使能且中断源有请求)、中断响应过程(检查中断标志位并置位)以及中断响应时间(3-8个机器周期后执行中断程序)。
6. **中断处理**:中断处理开始于中断向量地址,通常需要保护现场(如PC和PSW寄存器),然后执行中断服务子程序。
7. **中断返回**:中断处理结束后,通过中断返回指令RETI,恢复现场并返回到中断前的程序执行点。
在MCS-51单片机中断系统结构中,中断源与中断请求标志位分散在TCON和SCON寄存器中。比如,TCON中的TF0和IE0分别对应定时器0的溢出中断和外部中断0,而SCON中的TI和RI则对应串行口发送和接收中断。中断向量地址是固定的,例如INT0的中断向量地址为0003H,串行口中断的向量地址为0023H。
中断控制涉及到中断开关和优先级设定,中断总开关是通过EA位控制,分中断开关由其他位控制。例如,要开启所有中断,可以执行`SETB EA`指令;要关闭所有中断,可以执行`CLR EA`指令。中断优先级可以通过IP寄存器进行设置,如设置`PX0=1; PX1=1; PS=0; PT0=0; PT1=0;`可将外部中断0和1设为高优先级,其他中断设为低优先级。
中断响应过程分为三步:
1. **中断响应条件**:CPU检测到中断标志位有效且中断总开关EA被打开。
2. **中断响应**:CPU保存当前状态,清除中断标志,并跳转到中断处理程序的起始地址。
3. **中断返回**:中断服务子程序执行完毕后,通过RETI指令恢复现场,包括PC和PSW的值,然后继续执行被中断的程序。
中断标志的清除通常在中断服务子程序中完成,有些中断标志如TI和RI在进入中断后自动清零,但其他如TF0、TF1等需要手动清除。
了解并熟练掌握单片机中断系统对于编写高效的实时应用程序至关重要,因为中断处理机制使单片机能够在执行主要任务的同时,有效地处理突发情况,从而提高系统反应速度和整体性能。
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