1.前言

记录对51单片机中断、定时/计数器的重要知识点以及难点理解，并且举例中断在实际编程中的应用，从而加深对单片机中断、定时/计数器的理解，熟练的使用中断。

2.什么是中断

中断就是计算机在执行某一程序的过程中，由计算机系统内部或外部的某种原因而必须终止当前程序的运行，先去执行相应的处理程序，然后再返回继续执行原程序。

3.什么是中断系统

实现中断功能的软、硬件系统统称为中断系统。

4.中断的流程

即：中断请求、中断响应、中断处理、中断返回

5.中断的优先级控制

通常情况下，一个程序中可能会有多个中断，优先级越高的中断优先执行。如果在一个中断的服务过程中，有一个优先级更高的中断插入，则当前中断暂停，前往执行优先级更高的中断。当优先级高的中断执行完毕后再返回继续执行低优先级的中断。

6.中断源

MCS-51共有五个中断源

1. 外部中断INT0、INT1
2. 定时/计数器T0和T1的溢出中断
3. 串行口的发送和接受中断(只占用一个中断源)

外部中断

从单片机外部引脚INT0和INT1输入中断请求信号的中断。
外部中断的触发方式有两种电平触发IT0 =0和跳变触发(边沿)IT0 = 1，可以通过定时/计数器控制寄存器TCON编程选择。

7.与中断有关的特殊功能寄存器

与中断有关的特殊功能寄存器一共有4个。

1. 定时/计数器控制寄存器(TCON)、
2. 串行口控制寄存器(SCON)、
3. 中断允许控制寄存器(IE)、
4. 中断优先级控制寄存器(IP)

7.1.定时/计数器控制寄存器 TCON

作用：

1. 控制定时/计数器T0和T1的溢出中断
2. 控制外部中断的触发方式.由IT0和IT1控制
3. 锁存外部中断请求标志位

7.2.串行口控制寄存器 SCON

串行口的接收发送数据中断请求标志位(RI和TI)

串行口中断不能由硬件自动清除中断请求标志位，需要用户通过软件进行控制清零。

7.3.中断允许控制寄存器 IE

IE是控制中断的开关，通过对IE的清0和置1操作来控制中断的屏蔽和开放。

中断允许控制寄存器IE对中断的开放与屏蔽实现两级控制，存在一个总的中断控制位EA

若某个中断源被允许，出来IE对应位置1外，还需要总中断控制位EA置1。

实例：若允许片内两个定时/计数器中断，禁止其他中断源的中断请求，尝试编写出设置IE的响应指令

#include <reg51.h>

EX0 = 0; // 禁止外部中断0
EX1 = 0; // 禁止外部中断1
ES = 0;  // 禁止串行口中断
ET0 = 1; // 允许定时/计数器0中断
ET1 = 1; // 允许定时/计数器1中断
EA = 1;  // 总中断控制器打开

7.4.中断优先级控制寄存器 IP

同级内第二优先级的次序：
外部中断0 > T0溢出中断 > 外部中断1 > T1溢出中断 > 串行口中断

8.中断系统在实际编程中的应用

8.1.实例一：中断的初始化

#include <reg51.h>

void init() // 中断的初始化函数
{
    EA = 1; // 总中断控制位
    ES = 1; // 串行口中断允许
    EX0 = 1; // 外部中断0允许
    EX1 = 1; // 外部中断1允许
    ET0 = 1; // 定时/计数器0中断允许
    ET1 = 1; // 定时/计数器1中断允许
    IT0 = 1; // 选择外部中断0的触发方式
    IT1 = 1; // 选择外部中断1的触发方式
}

例1：假设允许外部中断0和1中断，并设定外部中断0为高级中断，外部中断1为低级中断，外部中断0为下降沿触发方式，外部中断1为电平触发方式。试写出该程序的中断初始化程序。

#include <reg51.h>

void init() // 
{
    EA = 1; 打开中断控制
    EX0 = 1; 允许外部中断0
    EX1 = 1; 允许外部中断1
    IT0 = 1; 外部中断1采取边沿触发方式
    IT1 = 0; 外部中断0采取电平触发方式
    PX0 = 1; 外部中断0为高优先级
    PX1 = 0; 外部中断1为低优先级
}

8.2.实例二：利用中断控制LED闪烁形式

要求：

用80C51单片机控制8个LED灯，在外部中断0输入引脚(P3.2)接一个开关K1。要求将外部中断0设置为下降沿触发，程序启动是8个LED以跑马灯的形式交替闪烁。每按一次开关K1，使引脚接地，产生一个下降沿触发的外部中断请求。在中断服务程序中，8个LED高四位和低四位交替闪烁5次，然后中断返回，8个LED继续以跑马灯形式闪烁。

采用Protues+Keil仿真

元器件

• 单片机：80C51 *1
• 开关按钮：Button *1
• 电阻：MINRES470K *1
• LED：LED-BLUE *8

仿真图

代码

#include<reg52.h>

unsigned char code table[] = {0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,0x00,0xff};	// 控制P2端口的状态

unsigned char i,j,k,num;

void delay()			 // 延时函数
{
	for(i = 0;i<100;i++)
	{
		for(j=0;j<200;j++)
		;
	}
}

void init()		   // 中断的初始化
{
	EA = 1;	   // 打开总中断控制
	EX0 = 1;   // 允许外部中断0
	IT0 = 1;   // 外部中断为下降沿触发方式
}


void main()	   
{
	init();
	while(1)
	{
		for(num =0;num<10;num++)
		{
			P2 = table[num];
			delay();
		}
	}
}

void int0() interrupt 0			   // 中断服务程序
{
	for(k = 0;k<5;k++){
		P2 = 0xf0;
		delay();
		P2=0x0f;
		delay();
	}
}

8.3.实例三：多级中断控制LED不形式闪烁

要求：在例2的基础上，在外部中断1输入引脚(P3.3)接一只按钮开关K2。当按下K1时，外部中断0下降沿触发方式触发，进入外部中断0服务程序，上下4个灯交替闪烁；此时按下K2，外部中断1下降沿触发方式触发，进入外部中断1服务程序，8个灯交替闪烁。当外部中断1响应完毕后，返回继续响应外部中断0，直到外部中断0响应完毕，返回执行主程序。
首先我们分析一波中断初始化函数

1. 两个外部中断0和1。外部中断0的服务程序为上下4灯交替闪烁，外部中断1的服务程序为8灯闪烁。即EA = 1; EX0 = 1; EX1 = 1;

2. 优先级：外部中断1 > 外部中断0 即PX1 = 1; PX0 = 0;

3. 触发方式：都为下降沿触发。即IT0 = 1; IT1 = 1;

这样我们的中断初始化程序基本完成

void init()
{
    EA = 1;
    EX0 = 1; EX1 = 1;
    PX0 = 0; PX1 = 1;
    IT0 = 1; IT1 = 1;
}

其次我们再捯饬一下主程序

void main()	   
{
	init();
	while(1)
	{
		for(num =0;num<10;num++)
		{
			P2 = table[num];
			delay();
		}
	}
}

另外我们再搞一下外部中断0的服务程序

void int0() interrupt 0
{
	for(k = 0;k<5;k++)
    {
		P2 = 0xf0;
		delay();
		P2=0x0f;
		delay();
	}
}

最后我们再他喵的弄一下外部中断1的服务程序

void int1() interrupt 2			  // 外部中断1服务程序
{
	for(l = 0;l < 5; l++)
	{
		P2 = 0x00;
		delay();
		P2 = 0xff;
		delay();
	}
}

完整代码

#include<reg52.h>

unsigned char code table[] = {0xfe, 0xfd, 0xfb, 0xf7, 0xef, 0xdf, 0xbf, 0x7f, 0x00, 0xff};	// 控制P2端口的状态

unsigned char i, j, k, l, num;

void delay()			 // 延时函数
{
	for(i = 0; i < 200; i++)
	{
		for(j = 0; j < 200; j++)
		;
	}
}

void init()		   // 中断的初始化
{
	EA = 1;
    EX0 = 1; EX1 = 1;
    PX0 = 0; PX1 = 1;
    IT0 = 1; IT1 = 1;
}

void main()	   
{
	init();
	while(1)
	{
		for(num = 0; num < 10; num++)
		{
			P2 = table[num];
			delay();
		}
	}
}

void int0() interrupt 0			   // 外部中断0中断服务程序
{
	EX0 = 0;
	for(k = 0; k < 5; k++)
	{
		P2 = 0xf0;
		delay();
		P2 = 0x0f;
		delay();
		EX0 = 1;
	}
}

void int1() interrupt 2			  // 外部中断1服务程序
{
	for(l = 0;l < 5; l++)
	{
		P2 = 0x00;
		delay();
		P2 = 0xff;
		delay();
	}
}

仿真图

文章来源：中断系统

操作系统是中断驱动的。计算机开机之后，导引程序会把操作系统装入内存，在完成一系列初始化之后，操作系统就处于待命状态，等待中断和系统调用（特殊的中断），所以操作系统的主体部分就是在等中断，处理中断。

一、无嵌套中断

中断系统的组成：①中断装置（硬件）②中断处理程序（软件）

1.中断装置

中断源： 引起中断的事件

中断寄存器：保存与中断事件相关信息的寄存器

中断字：中断寄存器的内容（有的中断源没有中断字，如时钟中断）

2.处理基本过程

程序正在运行时操作系统的系统栈为空，目态寄存器中（PSW，PC）是当前运行程序的运行环境。管态中，PC' 指向中断处理程序的入口地址，PSW' 是中断处理程序运行环境。

①发生时钟中断，硬件装置响应中断，②把（PSW，PC）放入系统栈，③再把（PSW' ，PC'）取来放入目态寄存器里，进而④转入PC' 处理中断。处理完成之后，⑤从系统栈弹出（PSW，PC）回目态寄存器，⑥最后继续执行未完的程序。

3.中断类型与中断向量

中断向量：中断处理程序的运行环境PSW 与 入口地址PC。

中断向量的内容在OS系统初始化时就已经设置好的，放在内存系统空间的中断向量表中。

二、中断嵌套与处理过程

中断优先级：硬件依据紧迫程度或处理时间规定了中断响应次序

中断屏蔽：暂时不响应某些中断，目的在于高优先级中断事件处理不受低优先级中断打扰或调整中断响应次序。

中断嵌套：中断处理过程中响应并处理新的中断。一般新响应的优先级别更高，立即屏蔽不高于当前中断优先级的中断源。

 r1 和 r0 寄存器是中断处理过程中使用的，也需要压入系统栈（保存现场环境）。

当不会出现中断时，处理中断完成后一层一层返回。

不知道对不对......

• 内存的系统区设置一个中断现场保存栈，中断现场信息就保存在自己的核心栈中
• 进程会将“现场”信息保存在自己的栈空间里
• PCB属于系统空间，用于系统对进程管理，用户无法感知到。
• 用户级别现场保存在用户空间堆栈

1 中断机制的产生

早期计算机各个程序只能串行执行、系统资源利用低。为了解决上述问题，人们就发明了操作系统，引入了中断机制，实现了多道程序的并发执行，提高了系统资源的利用率。中断是多程序并发执行的前提条件。

(1) 以两个进程并发运行为例，进程1在用户态运行了一段时间后，CPU会接收到计时部件（操作系统内核的时钟管理部件）发出的中断信号，表示进程1已经用完了一个时间片，CPU会切换到核心态，把CPU的使用权限交还给操作系统，操作系统内核就会对刚才的中断进行处理，操作系统知道进程1的时间片用完，就需要切换进程，在完成切换进程的一系列工作后，操作系统又会将CPU的使用权交还给用户进程。
(2) 接着进程2拿到CPU执行权就会在用户态下执行，进程2执行一段时间后，进程2发出系统调用（内中断信号），请求输出，主动要求操作系统介入工作，CPU会立即切换到核心态，把CPU的使用权限交还给操作系统，操作系统内核接管进程2系统调用请求，调用IO设备开始输出工作，然后操作系统交还CPU执行权，IO设备也会并行执行，进程2需要等待IO操作完成，所以进程1拿到CPU执行权开始运行。当执行一段时间后，IO操作完成，IO设备向CPU发送一个中断信号，此时CPU由用户态再次转换为核心态，对刚才的中断信号处理，由于IO操作完成，所以操作系统知道进程2可以恢复运行了，以完成后续工作，所以操作系统再次交还CPU执行权，让进程2再次运行。

从上面过程可以看出：

(1) 当中断发生时，CPU立即进入核心态。
(2) 当中断发生后，当前运行的进程暂停运行，并由操作系统内核对中断进程处理。
(3) 对于不同的中断信号，会进行不同的处理。

2 中断的本质

中断的本质：发生中断就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。
当发生了中断，就意味着需要操作系统的介入，开展管理工作。由于操作系统的管理工作（如进程切换、分配IO设备）需要使用特权指令，因此CPU要从用户态转换为核心态。中断就可以使CPU从用户态转换为核心态，使操作系统获得计算机的控制权。因此，有了中断，才能实现多道程序并发执行。
用户态到核心态的转换就是通过中断机制实现的，并且中断是唯一途径。
核心态到用户态的切换时通过执行一个特权指令，将程序状态字（PSW）标志位设置为用户态。

3 中断的分类

中断可以分为：内中断和外中断。

• 内中断：内中断的信号来源于CPU内部、与当前执行的指令有关。如整数除0。
• 外中断：外中断的信号来源于CPU外部、与当前执行的指令无关。如用户强制结束一个进程、IO设备完成操作发生的中断信号。

4 中断的处理过程

(1) 执行完每个指令后，CPU都要检查当前是否有外部中断信号。
(2) 如果检测到外部中断信号，则需要保护被中断进程的CPU环境（如程序状态字PSW、程序计数器、各种通用寄存器）。
(3) 根据中断信号类型转入相应的中断处理程序。
(4) 恢复进程的CPU环境并退出中断，返回原进程继续往下执行。