8051單片機的中斷響應過程解析

8051的CPU在每個機器周期期間，順序采樣每個中斷源，CPU在下一個機器周期按優(yōu)先級順序查詢中斷標志，如查詢到某個中斷標志為1，將在下一個機器周期期間按優(yōu)先級來進行中斷處理。在下列任一種情況存在時，中斷申請將被封鎖。

1、CPU正在執(zhí)一個同級或高級的中斷服務程序2、當前機器周期不是當前指令周期的最后一個機器周期，即要保證把當前指令執(zhí)行完。

CPU響應中斷， 由硬件自動將相應的中斷矢量地址裝入程序程序計數(shù)器PC，轉入該中斷服務程序進行處理。

對于有些中斷源，CPU在響應中斷后會自動清除中斷標志，如定時器溢出標志TF0，TF1，以及部中斷標志IE0，IE1。

而有些中斷標志，不會自動清除，只能由用戶用戶軟件清除，如串行口接收發(fā)送中斷標志RI，T1。CPU執(zhí)行中斷服務程序之前，自動將程序計數(shù)器PC內容壓入堆棧保護，然后將對應的中斷矢量裝入程序計數(shù)器PC，使程序轉向該中斷矢量地址單元中，以執(zhí)行中斷服務程序，中斷服務程序從矢量地址開始執(zhí)行，一直到返回指令“RETI”為止。“RETI”指令的操作，一方面告訴中斷系統(tǒng)中斷服務程序以執(zhí)行完畢，另一方面把原來壓入堆棧保護的斷電地址從棧頂彈出，裝入程序計數(shù)器PC，使程序返回被中斷的程序斷點處，以便繼續(xù)執(zhí)行。

外部中斷響應時間外部中斷INT0和INT1的電平在每個機器周期，經(jīng)反向后鎖存到IE0和IE1的標志位，CPU在下一個機器周期才會查詢到新置入的IE0和IE1，這時如果滿足響應條件，CPU響應中斷時，要用二個機器周期執(zhí)行一條硬件長調用指令“LCALL”。所以，從產(chǎn)生外部中斷到開始執(zhí)行中斷程序至少需要三個完整的機器周期。如果在中斷申請時，CPU正在長指令，如乘法和除法指令等四周期指令，則額外等待時間增加三個周期；若正在執(zhí)行“RETI”指令或訪問IE，IP的指令，則額外等待時間又增加兩個周期。綜上估計，在單一中斷系統(tǒng)里，外部中斷響應時間約在3－8個機器周期之間。

下面我們仍以打印機為例來說明外中斷源的使用方法 。硬件連接和查詢方式基本一致，只是因為程序中對外中斷進行了初始化，所以，8051的端口引腳P3.2在這個例子中不再是一個普通的端口而是外中斷的輸入，另一個，打印機多了一個選通信號STB。對打印機來說，這個信號是個輸入信號，其意義為：當打印機檢測到該引腳上出現(xiàn)一個負跳變，即由高電平時，表示單片機以把打印數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，則打印機將BUSY引腳設置為1，告訴單片機打印機正在打印，然后，開始打印。

本例中，單片機并行接口P3的一位T0輸出作為該信號的輸入，打印緩沖區(qū)仍就在內部數(shù)據(jù)存儲器的10H-11H單元，共三字節(jié)。下面我們來看看程序：

第一條指令ORG 0000H是一條偽指令，意義是：告訴編譯系統(tǒng)緊跟其后的那條指令從程序存儲器的0000H單元開始存放。

第二條指令LJMP MAIN的意義是：跳轉到標號為MAIN的地址去運行。

第三條指令ORG 0003H是一條偽指令，意義是：告訴編譯系統(tǒng)緊跟其后的那條指令從程序存儲器的0003H單元開始存放。

指令LJMP SUBO的意義是：跳轉到標號為SUBO的地址去運行。

指令ORG 0050H的意義是：告訴編譯系統(tǒng)緊跟其后的那條指令從程序存儲器的0050H單元開始存放。

MAIN是一個標號。

指令SETB EA意義為：對位地址EA置1，EA是8051單片機中斷系統(tǒng)是總允許位，所以，該指令的物理意義是開放8051的中斷系統(tǒng)。

指令CLR EX0意義為：對EX0位置1，其物理意義為允許外中斷0中斷。

指令CLR IT0意義為：對IT0位清1，其物理意義是設置外中斷0的觸發(fā)方式為邊沿觸發(fā)。

指令MOV R0，#11H的意義是：將數(shù)據(jù)11H送入工作寄存器R0中，物理意義為設定在中斷服務程序中發(fā)送的一個數(shù)據(jù)的地址，即打印機緩沖區(qū)的第二字節(jié) 。因為必須在主程序上發(fā)送第一個字節(jié)之后，打印機才能發(fā)出第一次中斷請求，如果單片機將所有數(shù)據(jù)都放在中斷服務程序中發(fā)送，則會引起單片機和打印機相互等待，即打印機等待單片機將數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，并通過T0引腳發(fā)送一個負脈沖選通信號到打印機的STB引腳，打印機要在檢測到該引腳上的負脈沖前沿后，才開始打印 。另一方面，單片機卻在等待打印機打印完一個數(shù)據(jù)后，提出中斷申請，才能在中斷服務程序中發(fā)送第一個數(shù)據(jù)。

指令MOV P2，10H的意義是：將內部數(shù)據(jù)存儲器10H單元送上并行接口P2，其物理意義是發(fā)送第一打印數(shù)據(jù)。

指令CLR P3.4的意義為：對端口P3.4，即T0引腳清0，其物理意義向打印機發(fā)送選通信號的前沿，打印機檢測到選通信號的前沿后，置引腳BUSY的狀態(tài)為高電平，然后開始打印。

指令SETB P3.4的意義為：對端口P3.4置1，其其物理意義向打印機發(fā)送選通信號的后沿。

指令LJMP §的意義是：跳轉到本條指令，即主程序到此就進入死循環(huán)。請大家注意只要用戶不關機的話，CPU就會不停的運行下去，不會因為用戶程序到此結束，如果沒有這條死循環(huán)指令的話，CPU就會從程序存儲器的下一個單元取出一個數(shù)，把它當下一個指令的操作碼處理，這樣，程序就會出錯，甚至死機 。所以，如果一個系統(tǒng)中本身沒有死循環(huán)的話，一定要在主程序的最后認為加上一條死循環(huán)指令。

SUBO是一個標號，表示外中斷0的真正起始地址。

指令MOV P2，@R0的意義是，把R0的內容作為內部數(shù)據(jù)存儲器的地址，再把該地址的數(shù)據(jù)去出來送到端口P2，起物理意義是發(fā)送第二個打印數(shù)據(jù)。

指令CLR P3.4的意義是，對端口P3.4清0，物理意義是發(fā)送STB選通信號的前沿，打印機檢測到該信號，置引腳BUSY為高電平，然后開始打印。

指令SETB P3.4的意義是 ，對端口P3.4置1，物理意義是發(fā)送STB選通信號的后沿。

指令INC R0的意義是：對R0的內容加1，物理意義是改變打印緩沖區(qū)中下一個待打數(shù)據(jù)的指針，這條指令運行后，R0中的內容為12H，即下一個待打印數(shù)據(jù)在12H單元中。

指令CJNE RO，#13H LAB1的意義是：判斷R0的內容是否為13H，如是則繼續(xù)往下運行，否則跳轉到標號為LAB1的地方，物理意義為如果待打印數(shù)據(jù)的指針向13H，即表示所有的數(shù)據(jù)都打印完畢，則運行關中斷指令，否則表示數(shù)據(jù)末打印完，則跳過關中斷指令。

LAB1是一個標號。

指令RETI的意義是：中斷返回，物理意義是清除外中斷0的中斷請求標志，并返回主程剛才被中斷的地方，這是本程序經(jīng)編譯后的機器碼指令，用仿真器把它固化到程序存儲器后，就可以運行了。