中斷的概述

中斷是計(jì)算機(jī)中一個(gè)很重要的概念，中斷技術(shù)的引入使計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用大大地推進(jìn)了一步。因此，中斷功能的強(qiáng)弱已成為衡量一臺(tái)計(jì)算機(jī)功能完善與否的重要指標(biāo)之一。

1. 中斷

中斷是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行某一程序的過(guò)程中，由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)、外的某種原因，而必須中止原程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理結(jié)束之后，再回來(lái)繼續(xù)執(zhí)行被中止的原程序的過(guò)程。

采用了中斷技術(shù)后的計(jì)算機(jī)，可以解決 CPU 與外設(shè)之間速度匹配的問(wèn)題，使計(jì)算機(jī)可以及時(shí)處理系統(tǒng)中許多隨機(jī)的參數(shù)和信息，同時(shí)，它也提高了計(jì)算機(jī)處理故障與應(yīng)變的能力。

2. 中斷源

中斷源是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中向 CPU 發(fā)出 斷請(qǐng)求的來(lái)源 ，中斷可以人為設(shè)定 ，也可以是為響應(yīng)突發(fā)性隨機(jī)事件而設(shè)置 。通常有 I/O 設(shè)備 、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中的隨機(jī)參數(shù)和信息、故障源等。

3. 中斷優(yōu)先級(jí)

由于在實(shí)際的系統(tǒng)中，往往有多個(gè)中斷源，且中斷申請(qǐng)是隨機(jī) 的，故有時(shí)可能會(huì)有多個(gè)中斷源同時(shí)提出中斷申請(qǐng) ，但 CPU 一次只能響應(yīng)一個(gè)中斷源發(fā)出的中斷請(qǐng)求，這時(shí) CPU 應(yīng)響應(yīng)哪個(gè)中斷請(qǐng)求?這就需要用軟件或硬件按中斷源工作性質(zhì)的輕重緩急，給它們安排一個(gè)優(yōu)先順序，即所謂的優(yōu)先級(jí)排隊(duì)。中斷優(yōu)先級(jí)越高 ，則響應(yīng)優(yōu)先權(quán)就越高 。當(dāng) CPU 正在執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)，又有中斷優(yōu)先級(jí)更高的中斷申請(qǐng)產(chǎn)生，這時(shí) CPU 就會(huì)暫停當(dāng)前的中斷服務(wù)轉(zhuǎn)而處理高級(jí)中斷申請(qǐng)，待高級(jí)中斷處理程序完畢再返回原中斷程序斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行，這一過(guò)程稱(chēng)為中斷嵌套。

4. 中斷響應(yīng)的過(guò)程

(1) 在每條指令結(jié)束后，系統(tǒng)都自動(dòng)檢測(cè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，如果有中斷請(qǐng)求，且 CPU 處于開(kāi)中斷狀態(tài)下，則響應(yīng)中斷。

(2) 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，在保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)前，一般要關(guān)中斷，以防止現(xiàn)場(chǎng)被破壞。保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)一般是用堆棧指令將原程序中用到的寄存器推入堆棧。在保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)之后要開(kāi)中斷 ，以響應(yīng)更高優(yōu)先級(jí)的中斷申請(qǐng)。

(3) 中斷服務(wù)，即為相應(yīng)的中斷源服務(wù)。

(4) 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，用堆棧指令將保護(hù)在堆棧中的數(shù)據(jù)彈出來(lái)，在恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)前要關(guān)中斷，以防止現(xiàn)場(chǎng)被破壞。在恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)后應(yīng)及時(shí)開(kāi)中斷。

(5) 返回，此時(shí) CPU 將推入到堆棧的斷點(diǎn)地址彈回到程序計(jì)數(shù)器，從而使 CPU 繼續(xù)執(zhí)行剛才被中斷的程序。

MCS 51 中斷系統(tǒng)

MCS 51 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)由與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器、中斷入口、順序查詢(xún)邏 輯電路組成，其結(jié)構(gòu)如圖 5.1 所示。

圖 5.1 MCS 51 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

中斷源

MCS 51 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)，是 8 位單片機(jī)中功能最強(qiáng)的一種 。由圖 5.1 可知，8051 提供了 5 個(gè)中斷源(8052 提供了 6 個(gè))， 其作用如表 5.1 所示。

8051 的中斷請(qǐng)求分別由特殊功能寄存器 TCON 和 SCON 的相應(yīng)位鎖存。

1.特殊功能寄存器 TCON 中的標(biāo)志

TCON 為內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T0 、T1 的控制寄存器，其字節(jié)地址為 88H ，位地址為 88H~8FH ，圖 5.2 示出了 TCON 各位的定義。

圖 5.2 中各位的作用如下：

TF1 ：內(nèi)部定時(shí)器 1 溢出標(biāo)志 。當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，由硬件置位 ，申請(qǐng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)后被硬件自動(dòng)清除。

TR1 ：內(nèi)部定時(shí)器 1 運(yùn)行控制位?？寇浖梦换蚯宄?，置位時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器接通工作，清除時(shí)停止工作。

TF0 ：內(nèi)部定時(shí)器 0 溢出標(biāo)志。其作用類(lèi)同于 TF1 。

TR0 ：內(nèi)部定時(shí)器 1 運(yùn)行控制位。其作用類(lèi)同于 TR1 。

IE1 ：外部中斷 1 請(qǐng)求標(biāo)志。檢測(cè)到在 INT1引腳上出現(xiàn)的外部中斷信號(hào)有效時(shí)，由硬件置位，請(qǐng)求中斷。進(jìn)入中斷服務(wù)后被硬件自動(dòng)清除。

IT1 ：外部中斷 1 類(lèi)型控制位?？寇浖?lái)設(shè)置或清除，以控制外部中斷的觸發(fā)類(lèi)型。 IT1=1 時(shí)是下降沿觸發(fā)，IT1=0 時(shí)是低電平觸發(fā)。

IE0：外部中斷 0 請(qǐng)求標(biāo)志。其作用類(lèi)同于 IE1 。

IT0：外部中斷 0 類(lèi)型控制位。其作用類(lèi)同于 IT1 。

2.特殊功能寄存器 SCON

SCON 用于控制和監(jiān)視串行口的工作狀態(tài) 。其字節(jié)地址為 98H ，位地址為 98H ~ 9FH ，各位定義見(jiàn)圖 5.3 。

圖 5.3 中各位的作用如下：

SM0 和 SM1 ：串行口操作模式選擇位;

SM2 ：多機(jī)通信使能位;

REN：允許接收位;

TB8：發(fā)送數(shù)據(jù)位 8 ;

RB8：接收數(shù)據(jù)位 8 ;

以上 6 位定義將在串行接口中說(shuō)明。

TI ：串行口發(fā)送中斷標(biāo)志。串行口每發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，硬件就置位 TI 。CPU 響應(yīng)中 斷后不會(huì)自動(dòng)清零 TI，需由軟件來(lái)完成。

RI ：串行口接收中斷標(biāo)志 。串行口每接收完一幀數(shù)據(jù)后，硬件就置位 RI 。CPU 響應(yīng)中 斷后不會(huì)自動(dòng)清零 RI，需由軟件來(lái)完成。