4.2 中斷

4.2.1 中斷介紹

中斷系統是為使CPU具有對外界緊急事件的實時處理能力而設置的。

當中央處理機CPU正在處理某件事的時候外界發生了緊急事件請求，要求CPU暫停當前的工作，轉而去處理這個緊急事件，處理完完后，再回到原來被中斷的地方，繼續原來的工作，這樣的過程稱為中斷，實現這種功的部件稱為中斷系統，請示CPU中斷的請求源稱為中斷源。

微型機的中斷系統一般允許多個中斷源，當幾個中斷源同時向CPU請求中斷，要求為它服務的時候，這就存在CPU優先響應哪一個中斷源請求的問題。通常根據中斷源的輕重緩急排隊，優先處理最緊急事件的中斷請求源，即規定每一個中斷源有一個優先級別，CPU總是先響應優先級別最高的中斷請求。

當CPU正在處理一個中斷源請求的時候（執行相應的中斷服務程序），發生了另外一個優先級比它還高的中斷源請求；如果CPU能夠暫停對原來中斷源的服務程序，轉而去處理優先級更高的中斷請求源，處理完以后再回到原來低級中斷服務程序，這樣的過程稱為中斷嵌套。這樣的中斷系統稱為多級中斷系統，沒有中斷嵌套功能的中斷系統稱為單級中斷系統。

4.2.2 STC90C51RD系統中斷源介紹

STC90C51RC/RD+系列單片機提供了8個中斷請求源，它們分別是：外部中斷0(INT0)、定時器0中斷、外部中斷1(INT1)、定時器1中斷、定時器2中斷、串口(UART)中斷、外部中斷2(INT2)、外部中斷3(INT3)。

所有的中斷都具有4個中斷優先級，用戶可以用關總中斷允許位(EA/IE.7)或相應中斷的允許位，屏蔽所有的中斷請求，也可以打開相應的中斷允許位使CPU響應相應的中斷申請；每一個中斷源可以用軟件獨立地控制開中斷或關中斷狀態；每一個中斷的優先級別均可用軟件設置。高優先級的中斷請求可以打斷低優先級的中斷，反之，低優先級的中斷請求不可以打斷高優先級及同優先級的中斷。當兩個相同優先級的中斷同時產生時，將由查詢次序來決定系統先響應哪個中斷。

4.2.3 中斷的優先級與中斷結構圖

圖4-2-1 中斷優先級表

通過設置新增加的特殊功能寄存器IPH中的相應位，可將中斷優先級設為四級，如果設置IP或XICON，那么中斷優先級就只有兩級，與傳統8051單片機兩級中斷優先級完全兼容。

圖4-2-2 中斷結構圖

圖4-2-3 中斷相關寄存器

4.2.4 中斷服務函數

中斷服務函數的名字只要符合C語言標識符的命名規則，可以隨意取，需要注意的地方是: 中斷服務函數沒有返回值，沒有形參，也不需要單獨去聲明，并且函數名稱體的右邊需要使用interrupt關鍵字聲明，interrupt是中斷特有的關鍵字，在interrupt關鍵字后面可以增加數字，這個數字是根據中斷優先級編號來的(可以看4.2.3小節的中斷優先級表)。

使用C語言編程，中斷查詢次序號就是中斷號，C51所有的中斷服務函數編寫如下：

（硬件平臺說明：CPU是STC90C516RD 、晶振頻率12MHZ 、工作在12T模式下、一個機器周期為1us時間)

void EXTI0_IRQHandler(void) interrupt 0 //外部中斷0{    /*code block*/}void TIM0_IRQHandler(void) interrupt 1  //定時器0{    /*code block*/}void EXTI1_IRQHandler(void) interrupt 2 //外部中斷1{    /*code block*/}void TIM1_IRQHandler(void) interrupt 3  //定時器1{    /*code block*/}void UART_IRQHandler(void) interrupt 4  //串口{    /*code block*/}void TIM2_IRQHandler(void) interrupt 5  //定時器2{    /*code block*/}void EXTI2_IRQHandler(void) interrupt 6 //外部中斷2{    /*code block*/}void EXTI3_IRQHandler(void) interrupt 7 //外部中斷3{    /*code block*/}

4.2.5 中斷控制寄存器介紹

51單片機CPU對中斷源的開放或者屏蔽，每一個中斷源是否被允許中斷，是由內部的中斷允許寄存器IE（地址為A8H）和XICON（地址為C0H）控制的，寄存器IE的格式如下：

圖4-2-4

EA : CPU的總中斷允許控制位， EA=1，CPU開放中斷， EA=0， CPU屏蔽所有的中斷申請。EA的作用是使中斷允許形成兩級控制。即各中斷源首先受EA控制;其次還受各中斷源自己的中斷允許控制位控制。

ET2: 定時/計數器T2的溢出中斷允許位，ET2=1，允許T2中斷； ET2=0，禁止T2中斷。

ES : 串行口1中斷允許位。ES=1，允許串行口1中斷； ES=0，禁止串行口1中斷。

ET1: 定時/計數器T1的溢出中斷允許位。ET1=1，允許T1中斷； ET1=0，禁止T1中斷。

EX1 : 外部中斷1中斷允許位。EX1=1，允許外部中斷1中斷； EX1=0，禁止外部中斷1中斷。

ET0 : T0的溢出中斷允許位。ET0=1，允許T0中斷； ET0=0禁止T0中斷。

EX0 : 外部中斷0中斷允許位。 EX0=1，允許中斷； EX0=0禁止中斷。

4.2.6 配置定時器0使用中斷(8位模式)

下面代碼里配置51單片機的定時器0工作在8位定時器自動重裝載模式，并開啟了溢出中斷，在自動重裝載模式下，每次定時器溢出之后，會自動重裝載，就省去了手動賦重裝值的過程，比較方便，但是定時器的每次最大定時時間變短了，計數器到達255就會溢出。

程序里封裝了計算重裝值的函數，方便調用，程序開啟了溢出中斷，定時器時間到達后會進入到中斷服務函數，中斷服務函數里使用了一個計數變量，用于記錄定時器的超時次數，時間到達500毫秒時，就改變一次LED燈的狀態。

示例代碼:

（硬件平臺說明：CPU是STC90C516RD 、晶振頻率12MHZ 、工作在12T模式下、一個機器周期為1us時間)

#include int main(){    Timer0_8bit_Init(100);  //配置定時器超時的時間為100us    LED=0x00; //關閉所有燈    while(1)    {            }}/*配置定時器0工作在8位自動重裝載模式注意,時間不能超過定時器最大時間255*(12/11.059200)=276us*/void Timer0_8bit_Init(u16 us){       //當前實驗板上的晶振實際頻率為: 11.956MHZ    u16 val=us/(12/11.956); //得到計數的時間,只要整數部分    TMOD&=0xF0;     //清除配置    TMOD|=0x02;     //配置定時器0工作在8位自動重載模式    TL0=TH0=255-val;//得到重裝載值;    EA=1;           //開啟總中斷    ET0=1;          //開啟定時器0溢出中斷    TR0=1;          //啟動定時器0} /*定時器0的中斷服務函數*/u32 cnt=0;void TIM0_IRQHandler(void) interrupt 1{    //使用了中斷，就不需要手動清除標志位，硬件會自動清除    cnt++;//記錄超時次數    if(cnt==10*500) //500ms    {        cnt=0;        LED=~LED;    }}

4.2.7 配置定時器1使用中斷(16位模式)

下面代碼里配置51單片機的定時器1工作在16位定時器模式。程序封裝了計算重裝值的函數，方便調用，程序里開啟了溢出中斷，在中斷服務函數里使用了一個計數變量，記錄定時器超時的次數，時間到達1秒鐘，就是改變一次LED燈的狀態。

示例代碼:

（硬件平臺說明：CPU是STC90C516RD 、晶振頻率12MHZ 、工作在12T模式下、一個機器周期為1us時間)

#include u16 T1_Update_data;//定時器1的初始值void Timer1_16bit_Init(u16 us){       //當前實驗板上的晶振實際頻率為: 11.956MHZ    u16 val=us/(12/11.956); //得到計數的時間,只要整數部分    T1_Update_data=65535-val; //得到重裝載值    TMOD&=0x0F;            //清除配置    TMOD|=0x10;            //配置定時器1工作在16位定時器模式    TH1=T1_Update_data>>8; //定時器1高位重裝值    TL1=T1_Update_data;    //定時器1低位重裝值    EA=1;                   //開啟總中斷    ET1=1;                  //開啟定時器1溢出中斷    TR1=1;                 //啟動定時器1} //定時器1的重裝值更新函數void Timer1_Update(void){    TH1=T1_Update_data>>8; //定時器1高位重裝值    TL1=T1_Update_data;    //定時器1低位重裝值} /*定時器1的中斷服務函數*/void TIM1_IRQHandler(void) interrupt 3  //定時器1{    //使用了中斷，就不需要手動清除標志位，硬件會自動清除    Timer1_Update(); //更新重裝載值    //使用了中斷，就需要手動清除標志位，硬件會自動清除    cnt++;//記錄超時次數    if(cnt==1000) //1000ms    {        cnt=0;        LED=~LED;    }}int main(){    Timer1_16bit_Init(1000);  //配置定時器超時的時間為1000us    LED=0x00; //關閉所有燈    while(1)    {            }}

4.2.8 外部中斷(EXTI)配置寄存器介紹

STC90C51有4個外部中斷源，分別是：外部中斷0(P3.2)，外部中斷1(P3.3)，外部中斷2(P4.3)，外部中斷3(P4.2)。

圖4-2-5 外部中斷1和0的IO口

圖4-2-6 外部中斷2和3的IO口

外部中斷0和外部中斷1的相關配置位在TCON寄存器里，TCON寄存器位如下表所示：

圖4-2-7 外部中斷0和1的配置寄存器

IE1：外部中斷1請求源（INT1/P3.3）標志。 當發生外部中斷請求時 ，IE1會被CPU置1，在中斷服務函數里需要將IE1清0。

IT1：外部中斷1源中斷源類型選位。IT1=0，INT1/P3.3引腳上的低電平信號可觸發外部中斷1；IT1=1，外部中斷1為下降沿觸發方式。

IE0：外部中斷0請求源（INT0/P3.2）標志。 當發生外部中斷請求時 ，IE0會被CPU置1，在中斷服務函數里需要將IE0清0。

IT0：外部中斷0中斷源類型選擇位。IT0=0，INT0/P3.2引腳上的低電平可觸發外部中斷0；IT0=1，外部中斷0為下降沿觸發方式。

外部中斷2和外部中斷3的相關配置為在XICON寄存器里，XICON寄存器位如下表所示：

圖4-2-8 外部中斷2和3的配置寄存器

IE3 : 外部中斷3中斷請求標志位，中斷條件成立后，IE3=1,可由硬件自動清零。

IT3 : 當此位由軟件置位時(IT3=1),外部中斷3為下降沿觸發中斷；當此位由軟件清零時(IT3=0),為低電平觸發中斷。

IE2 : 外部中斷2中斷請求標志位，中斷條件成立后，IE2=1,可由硬件自動清零。

IT2 : 當此位由軟件置位時(IT2=1),外部中斷2為下降沿觸發中斷；當此位由軟件清零時(IT2=0),為低電平觸發中斷。

EX3 : 如被設置成1，允許外部中斷3中斷；如被清成0，禁止外部中斷3中斷。

EX2 : 如被設置成1，允許外部中斷2中斷；如被清成0，禁止外部中斷2中斷。

4.2.9 配置外部中斷0下降沿觸發示例

下面代碼配置外部中斷0采用下降沿觸發，在外部中斷0的服務函數里改變LED燈的狀態。

外部中斷0的復用IO是P3.2，在實驗板上實驗時，需要使用杜邦線把按鍵的一個引腳接在P3.2上，可以使用按鍵測試外部中斷0的觸發效果，由于實驗板上的紅外線遙控也是接的P3.2，為了不產生干擾，需要先將紅外線遙控的跳線帽拔掉，再使用按鍵測試。

圖4-2-9

示例代碼:

（硬件平臺說明：CPU是STC90C516RD 、晶振頻率12MHZ 、工作在12T模式下、一個機器周期為1us時間)

#include int main(){    LED=0x00;    EXTI0_Init();    while(1)    {            }}/*配置外部中斷0下降沿觸發中斷IO口: P3.2*/void EXTI0_Init(void){   EA=1;  //開啟總中斷   IT0=1; //外部中斷0下降沿觸發   EX0=1; //允許外部中斷0產生中斷}/*外部中斷0中斷服務函數*/void EXTI0_IRQHandler(void) interrupt 0{    LED=~LED; //改變LED燈的狀態    IE0=0; //清除外部中斷0的標志位}

4.2.10 中斷優先級配置

傳統8051單片機具有兩個中斷優先級，即高優先級和低優先級，可以實現兩級中斷嵌套。

STC90C51RC/RD+系列單片機通過設置新增加的特殊功能寄存器(IPH)中的相應位，可將中斷優先級設置為4個中斷優先級；如果設置IP，那么中斷優先級只有兩級，與傳統8051單片機兩級中斷優先級完全兼容。

一個正在執行的低優先級中斷能被高優先級中斷所中斷，但不能被另一個低優先級中斷所中斷。

上所述可歸納為下面兩條基本規則：

1. 低優先級中斷可被高優先級中斷所中斷，反之不能。

2. 任何一種中斷(不管是高級還是低級)，一旦得到響應，不會再被它的同級中斷所中斷

中斷優先級的配置寄存器如下表所示:

圖4-2-10

PX3H,PX3: 外部中斷3優先級控制位：

當PX3H=0且PX3=0時，外部中斷3為最低優先級中斷(優先級0)

當PX3H=0且PX3=1時，外部中斷3為較低優先級中斷(優先級1)

當PX3H=1且PX3=0時，外部中斷3為較高優先級中斷(優先級2)

當PX3H=1且PX3=1時，外部中斷3為最高優先級中斷(優先級3)

PX2H, PX2: 外部中斷2優先級控制位：

當PX2H=0且PX2=0時，外部中斷2為最低優先級中斷(優先級0)

當PX2H=0且PX2=1時，外部中斷2為較低優先級中斷(優先級1)

當PX2H=1且PX2=0時，外部中斷2為較高優先級中斷(優先級2)

當PX2H=1且PX2=1時，外部中斷2為最高優先級中斷(優先級3)

PT2H, PT2: 定時器2中斷優先級控制位：

當PT2H=0且PT2=0時，定時器2中斷為最低優先級中斷(優先級0)

當PT2H=0且PT2=1時，定時器2中斷為較低優先級中斷(優先級1)

當PT2H=1且PT2=0時，定時器2中斷為較高優先級中斷(優先級2)

當PT2H=1且PT2=1時，定時器2中斷為最高優先級中斷(優先級3)

PSH,PS: 串口1中斷優先級控制位：

當PSH=0且PS=0時，串口1中斷為最低優先級中斷(優先級0)

當PSH=0且PS=1時，串口1中斷為較低優先級中斷(優先級1)

當PSH=1且PS=0時，串口1中斷為較高優先級中斷(優先級2)

當PSH=1且PS=1時，串口1中斷為最高優先級中斷(優先級3)

PT1H, PT1: 定時器1中斷優先級控制位：

當PT1H=0且PT1=0時，定時器1中斷為最低優先級中斷(優先級0)

當PT1H=0且PT1=1時，定時器1中斷為較低優先級中斷(優先級1)

當PT1H=1且PT1=0時，定時器1中斷為較高優先級中斷(優先級2)

當PT1H=1且PT1=1時，定時器1中斷為最高優先級中斷(優先級3)

PX1H, PX1: 外部中斷1優先級控制位：

當PX1H=0且PX1=0時，外部中斷1為最低優先級中斷(優先級0)

當PX1H=0且PX1=1時，外部中斷1為較低優先級中斷(優先級1)

當PX1H=1且PX1=0時，外部中斷1為較高優先級中斷(優先級2)

當PX1H=1且PX1=1時，外部中斷1為最高優先級中斷(優先級3)

PT0H, PT0: 定時器0中斷優先級控制位：

當PT0H=0且PT0=0時，定時器0中斷為最低優先級中斷(優先級0)

當PT0H=0且PT0=1時，定時器0中斷為較低優先級中斷(優先級1)

當PT0H=1且PT0=0時，定時器0中斷為較高優先級中斷(優先級2)

當PT0H=1且PT0=1時，定時器0中斷為最高優先級中斷(優先級3)

PX0H, PX0: 外部中斷0優先級控制位：

當PX0H=0且PX0=0時，外部中斷0為最低優先級中斷(優先級0)

當PX0H=0且PX0=1時，外部中斷0為較低優先級中斷(優先級1)

當PX0H=1且PX0=0時，外部中斷0為較高優先級中斷(優先級2)

當PX0H=1且PX0=1時，外部中斷0為最高優先級中斷(優先級3)

中斷優先級控制寄存器IP和IPH的各位都由可用戶程序置“1”和清“0” 。但IP寄存器可位操作，所以可用位操作指令或字節操作指令更新IP的內容。而IPH寄存器的內容只能用字節操作指令來更新。

STC90C51RC/RD+系列單片機復位后IP和IPH均為00H，各個中斷源均為低優先級中斷。

4.2.11 配置外部中斷0的優先級示例

下面代碼初始化了外部中斷0和外部中斷1，在外部中斷0 的初始化代碼里，配置外部中斷0的優先級為最高，在外部中斷1的中斷服務函數里寫了一個死循環。

當外部中斷1產生中斷后，會卡死在中斷服務函數里，這時可以觸發外部中斷0 ，測試外部中斷0的中斷服務函數是否可以執行（結果是可以執行的，因為外部中斷0的優先級高于外部中斷1的優先級，可以打斷外部中斷1的服務函數）。

實驗上的測試過程說明:

外部中斷0的復用IO是P3.2, 外部中斷q的復用IO是P3.3，在實驗板上實驗時，需要使用杜邦線把按鍵1的引腳接在P3.2上，把按鍵2的引腳接在P3.3上，這樣可以使用按鍵測試外部中斷的觸發效果，由于實驗板上的紅外線遙控接的是P3.2，為了不產生干擾，需要先將紅外線遙控的跳線帽拔掉，再測試。