基于單片機(jī)的外部中斷實(shí)驗(yàn) 中斷系統(tǒng)知識介紹

9.1 中斷系統(tǒng)知識介紹

在單片機(jī)中有兩個重要的概念分別叫做中斷、中斷系統(tǒng)，那么他們分別又代表什么意義呢？當(dāng)單片機(jī)CPU正在運(yùn)行主程序時外界發(fā)生了緊急事件請求，要求單片機(jī)停止當(dāng)前的工作，而去處理這個緊急事件，處理完成之后，在回到主程序原來的地方繼續(xù)執(zhí)行，這樣的過程稱之為中斷，實(shí)現(xiàn)中斷功能的部件稱為中斷系統(tǒng)。

一般單片機(jī)中都有多個中斷源，當(dāng)多個中斷源同時發(fā)出請求的時候，單片機(jī)應(yīng)該先響應(yīng)哪一個呢？在單片機(jī)中可以設(shè)置中斷源的優(yōu)先級，同時出現(xiàn)時單片機(jī)將優(yōu)先響應(yīng)優(yōu)先級高的中斷源。另外一種情況，當(dāng)單片機(jī)CPU正在響應(yīng)某個中斷時，一個更高優(yōu)先級的中斷請求產(chǎn)生了，這是CPU將暫停響應(yīng)當(dāng)前低優(yōu)先級的中斷，轉(zhuǎn)而去響應(yīng)高優(yōu)先級的中斷源，響應(yīng)完成后繼續(xù)處理低優(yōu)先級中斷，之后再回到主程序繼續(xù)運(yùn)行，這個過程稱之為中斷嵌套。

我們這里舉一個生活中的例子來解釋中斷嵌套的過程。當(dāng)你在家中正在打掃衛(wèi)生的時候，家里電話響了，這時你便會先放下手中的活，然后拿起電話接電話，在打電話的時候有人按門鈴了，這是你暫時先放下電話去開門，開完門之后你接著拿起電話繼續(xù)講，當(dāng)掛斷電話后，你緊接著剛才繼續(xù)打掃衛(wèi)生了。例子中打掃衛(wèi)生相當(dāng)于單片機(jī)CPU執(zhí)行的主程序，電話相當(dāng)于低優(yōu)先級的中斷，門鈴相當(dāng)于高優(yōu)先級的中斷。在打電話的時候先去開門相當(dāng)于中斷嵌套。

STC89C52單片機(jī)提供了8個中斷請求源，分別為：外部中斷0（INT0）、定時器0中斷，外部中斷1（INT1）、定時器1中斷、串口（UART）中斷、定時器2中斷、外部中斷2（INT2）、外部中斷3（INT3）。8個中斷請求源可以設(shè)置為4個中斷優(yōu)先級，每一個中斷源都可以通過軟件設(shè)置為四級優(yōu)先級的任一級。高優(yōu)先級的中斷可以打斷低優(yōu)先級的中斷，反之則不可。同一優(yōu)先級的中斷同時來臨時，則根據(jù)中斷查詢的順序進(jìn)行中斷響應(yīng)。

如上表所示，在相同優(yōu)先級內(nèi) ，外部中斷0的查詢次序最高，外部中斷3的查詢次序最低。傳統(tǒng)51系列單片機(jī)一般只配置上表所示的前5個中斷源，而且只有兩級中斷優(yōu)先級。傳統(tǒng)51點(diǎn)單片機(jī)通過寄存器IP設(shè)置優(yōu)先級，STC89C52通過新增加的寄存器IPH與IP寄存器共同設(shè)置4級優(yōu)先級，與傳統(tǒng)兩級中斷優(yōu)先級完全兼容。我們可以將上述8種中斷源分為3大類：

第一種： 外部中斷（INT0、1、2、3）
第二種： 定時器中斷（Timer0，1，2）
第三種： 串口中斷（UART）

每種類型中斷的使用方式都是相同的，只不過設(shè)置的寄存器不相同罷了。前面第六章講解的就是第二種的定時器0中斷。所有中斷的控制寄存器如下表所示，包括7個八位的寄存器。如下表所示，IP、IPH寄存器在單片機(jī)復(fù)位后值均為0，結(jié)合上表可知，在不對這兩個寄存器進(jìn)行重新設(shè)置時，所有中斷均為優(yōu)先級0。

單片機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，每一個中斷都有一個單獨(dú)中斷允許開關(guān)，INT0開關(guān)為EX0，Timer0為ET0，之后有一個中斷允許總開關(guān)EA，EA關(guān)閉才允許中斷，當(dāng)EA斷開時，所有中斷將被屏蔽。在設(shè)置后中斷后，首先需要允許中斷。這一章我們將重點(diǎn)講解外部中斷的使用。

在C語言編程中，中斷又是怎么來實(shí)現(xiàn)的呢？在主程序中首先設(shè)置后中斷的工作方式，然后允許中斷，接著程序執(zhí)行主程序，當(dāng)中斷來臨時，程序跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的中斷子函數(shù)中執(zhí)行相應(yīng)的操作，執(zhí)行完之后繼續(xù)回到主程序。在C語言中，8個中斷源對應(yīng)這8個中斷子程序函數(shù)，如下圖所示，將中斷要實(shí)現(xiàn)各功能編輯到相應(yīng)的函數(shù)中即可。

如圖9-2所示，前面函數(shù)的名字可以根據(jù)需要進(jìn)行更改，關(guān)鍵字interrupt x決定了這個行數(shù)屬于哪個中斷，在第六章中講到的定時器0中斷，即Timer0中斷，那么它對應(yīng)的為”interrupt 1”。

9.2 外部中斷應(yīng)用

STC89C52系列單片機(jī)對中斷源可開放或屏蔽，是有內(nèi)部的特殊功能寄存器IE（中斷允許寄存器）進(jìn)行控制的，IE寄存器格式如下：

中斷允許寄存器IE各位功能定義如下表所示：

單片機(jī)STC89C52復(fù)位后會將寄存器IE清零，需要有用戶對IE中相應(yīng)的位清“0”或置“1”來實(shí)現(xiàn)中斷請求的允許或屏蔽。

傳統(tǒng)51單片機(jī)具有兩級中斷優(yōu)先級，可實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。通過中斷優(yōu)先級寄存器IP可實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級的控制。IP寄存器格式如下：

中斷優(yōu)先級控制寄存器IP各位功能定義如下表所示：

單片機(jī)復(fù)位后，優(yōu)先級控制寄存器IP將清零，即所有中斷請求均為低優(yōu)先級。

TCON寄存器在第六章定時器中斷時講解過，其中寄存器的高5位為與定時器/計(jì)數(shù)器相關(guān)的功能位，這里不再贅述。這里介紹與外部中斷相關(guān)的看控制位：

特殊功能寄存器TCON低4位功能介紹：

介紹了各控制寄存器的功能之后，下面我們講解外部中斷的實(shí)現(xiàn)。為了便于觀察我們設(shè)計(jì)的外部中斷0的功能為：當(dāng)外部中斷0（P3.2）引腳出現(xiàn)下降延時，即設(shè)置為下降沿觸發(fā)模式，進(jìn)入中斷后流水燈流動一次。在RY-51開發(fā)板中外部中斷0的P3.2引腳與獨(dú)立按鍵K19相連接，因此當(dāng)按鍵按下一次給管腳P3.2一個下降沿，即產(chǎn)出一次中斷。實(shí)現(xiàn)的功能呢為按下一次按鍵，流水燈流動一次，設(shè)計(jì)程序如下：

/*----------------------------------------------------
** 外部中斷0試驗(yàn)，功能：按下按鍵K19，流水燈流動一次。
----------------------------------------------------*/
#include< reg52.h >

#define uint unsigned int

 uint Move = 0;

void main()
{
	IT0 = 1; //設(shè)置外部中斷0為下降沿觸發(fā)方式	
	EX0 = 1; //允許外部中斷0中斷
	
	EA = 1;//開全局中斷
	
	while(1);	
}
//外部中斷0中斷函數(shù)
void int0_r(void) interrupt 0
{
		P1 = ~(0x01<

將程序下載到單片機(jī)中，每按一次按鍵K19觀察流水燈的變化情況。這個例子為外部中斷0的基本寫法，依此類推只要改變相應(yīng)的寄存器設(shè)置，同樣可以對外部中斷1，2，3進(jìn)行應(yīng)用。

這里講解的只是單個中斷的應(yīng)用，下面我們結(jié)合前面講過的定時器0中斷來看一個中斷嵌套的例子。我們將第8章最后的數(shù)碼管顯示的程序進(jìn)行稍微的改造，將變量Sec每秒增加一次改為來一次外部中斷增加一次，即相當(dāng)于上面的按鍵按一次Sec增加一次，那么數(shù)碼管顯示的將是按鍵的按下次數(shù)。程序的主要變化如下所示：

/*----------------------------------------------------
** 數(shù)碼管顯示任意數(shù)值
**
** case語句應(yīng)用
----------------------------------------------------*/
#include< reg52.h >

#define uchar  unsigned char
#define uint unsigned int

#define FOSC 11059200 //單片機(jī)晶振頻率
#define T_1ms (65536 - FOSC/12/1000)  //定時器初始值計(jì)算

uint count = 0;
uint flag  = 0;
uint Move  = 0;

uint T_count  = 0;
uint Sec   = 0;

sbit DU = P2^7;
sbit WE = P2^6;	

uchar  Buf_LED[8] ={0};


//共陽型(0~9,A,b,C,d,E,F,全亮,全滅)，字碼組
uchar code table_D[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,
					0x99,0x92,0x82,0xF8,
					0x80,0x90,0x88,0x83,
					0xC6,0xA1,0x86,0x8E,
					0x00,0xFF};
//位選數(shù)組
uchar code table_W[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0xFF,0x00};

void LED_disp(unsigned char Num_DU,unsigned char Num_WE);
void main()
{
	TMOD = 0x01;	 //定時器工作模式配置
	TL0  = T_1ms;	//裝載初始值
	TH0  = T_1ms >>8;

	TR0  = 1;		 //啟動定時器
	ET0  = 1;		 //允許定時器中斷

	IT0 = 1; //設(shè)置外部中斷0為下降沿觸發(fā)方式	
	EX0 = 1; //允許外部中斷0中斷

	EA   = 1;		 //開總中斷

	while(1)	  //循環(huán)
	{	
		Buf_LED[7]= Sec%10;
		Buf_LED[6]= Sec/10%10;
		Buf_LED[5]= Sec/100%10;
		Buf_LED[4]= Sec/1000%10;
		Buf_LED[0]= 17;
		Buf_LED[1]= 17;
		Buf_LED[2]= 17;
		Buf_LED[3]= 17;
	}
}
//定時器0中斷函數(shù)
void timer0() interrupt 1
{
	TL0 = T_1ms;//重裝初始值
	TH0 = T_1ms >>8;
	
	count++;
	if(count >= 2)//每一毫秒進(jìn)入一次中斷，達(dá)到2次則為2ms更新一次數(shù)碼管。
	{
		count = 0;

		switch(flag)
		{
			case 0:LED_disp(Buf_LED[0],flag++);break;
			case 1:LED_disp(Buf_LED[1],flag++);break;
			case 2:LED_disp(Buf_LED[2],flag++);break;
			case 3:LED_disp(Buf_LED[3],flag++);break;
			case 4:LED_disp(Buf_LED[4],flag++);break;
			case 5:LED_disp(Buf_LED[5],flag++);break;
			case 6:LED_disp(Buf_LED[6],flag++);break;
			case 7:LED_disp(Buf_LED[7],flag);flag=0;break;
		   default:break;
		}
	}
}
//外部中斷0中斷函數(shù)
void int0_r(void) interrupt 0
{
	int i=0;
	Sec++;
	for( i =0;i<=5000;i++);		
}
/*----------------------------------------------------
** 單個數(shù)碼管顯示函數(shù)
**
** Num_DU:顯示的字符
** Num_WE:顯示的位
----------------------------------------------------*/
void LED_disp(unsigned char Num_DU,unsigned char Num_WE)
{
		//關(guān)閉所有數(shù)碼管,消隱處理
		P0 =table_W[9];
		WE = 1;
		WE = 0;
		//鎖存字符
		P0 = table_D[Num_DU];
		DU = 1;
		DU = 0;	
		//鎖存位
		P0 = table_W[Num_WE];
		WE = 1;
		WE = 0;
}

如上述代碼所示，增加了外部中斷0特殊功能寄存器的設(shè)置。

將Sec自加放到外部中斷函數(shù)中，并且在函數(shù)中增加了一個延時，讓中斷函數(shù)處理的時間長一點(diǎn)方便中斷嵌套現(xiàn)象的觀察。其它的代碼與數(shù)碼管顯示代碼相同，這里不再贅述。

將程序編譯下載到單片機(jī)中，觀察顯示效果。當(dāng)按下一次按鍵K19，數(shù)碼管顯示數(shù)字加1。在觀察現(xiàn)象的時候，能發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示會出現(xiàn)閃爍，顯示受到干擾。下面分析一下產(chǎn)生閃爍的原因。

我們在程序中沒有對外部中斷0和定時器0中斷進(jìn)行中斷優(yōu)先級設(shè)置，所以均為低優(yōu)先級，根據(jù)前面介紹在同一優(yōu)先級條件下外部中斷0的查詢次序高于定時器0中斷，當(dāng)定時器0中斷和外部中斷0同時產(chǎn)生時，將優(yōu)先進(jìn)入外部中斷0中斷函數(shù)。所以當(dāng)按鍵按下和定時器中斷同時到來時，程序會先進(jìn)入外部中斷函數(shù)，而造成沒有正常的進(jìn)入定時器中斷刷新數(shù)碼管的顯示，因此數(shù)碼管顯示的閃爍。

那么，在程序中將定時器0中斷設(shè)置為高優(yōu)先級中斷，外部中斷為低優(yōu)先級中斷。因此，當(dāng)定時器中斷到來時，不管程序有沒有正在執(zhí)行外部中斷0函數(shù)，程序都會進(jìn)入到定時器中斷函數(shù)中，保證了數(shù)碼管的刷新，因此消除了數(shù)碼管閃爍的現(xiàn)象，增加的程序代碼如下代碼所示：

void main()
{
	TMOD = 0x01;	 //定時器工作模式配置
	TL0  = T_1ms;	//裝載初始值
	TH0  = T_1ms >>8;

	TR0  = 1;		 //啟動定時器
	ET0  = 1;		 //允許定時器中斷

	IT0 = 1; //設(shè)置外部中斷0為下降沿觸發(fā)方式	
	EX0 = 1; //允許外部中斷0中斷

	PT0 = 1;//定時器0設(shè)置為高優(yōu)先級           -----------------增加設(shè)置優(yōu)先級代碼1
	PX0 = 0;//外部中斷0設(shè)置為低優(yōu)先級         -----------------增加設(shè)置優(yōu)先級代碼2

	EA   = 1;		 //開總中斷

	while(1)	  //循環(huán)

9.3 本章小節(jié)

本章詳細(xì)介紹了單片機(jī)中斷系統(tǒng)的工作原理以及部分中斷寄存器功能的定義。介紹了外部中斷0功能C語言程序的編寫，介紹了中斷嵌套的應(yīng)用。