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## 认识单片机的中断系统

### 中断的概念

CPU在执行程序的过程中，由于外界的原因，无法尽快终止CPU当前的程序执行，而去执行相应的处理程序，待处理结束后，在回来继续执行开始被终止的程序，这种陈旭在执行过程中由于外界的原因被中间打断的情况被称为“中断“。

### 中断的作用

可以实现CPU与外部设备的并行工作，提高CPU利用效率
可以实现CPU对外部事件的实时处理，进行实时控制
实现多项任务的实时切换

### 单片机的中断系统的基本组成

中断源：中断源是出发中断亲求的硬件或者软件事件，常见的中断源：外部中断：来自外部设备的信号（例如按键输入，外部传感器，外部硬件事件等），内部中断：来自单片机内部的事件，如定时器溢出，看门狗定时器溢出，串口接收数据等。

中断请求（IRQ）：当中断源触发时，它会向单片机发出中断请求信号，要求暂停当前程序的执行并转去处理中断。

中断向量：每种终端源都有一种对应的中断向量号，指向该中断源的服务程序入口地址，中断向量通常保存自强中断向量表中。中断向量是一个指针表，每一个中断源有一个唯一的入口地址，处理器通过查找向量表来找到对应的服务程序。

中断控制寄存器：中断控制寄存器用于控制中断的启用、禁止、优先级等。它可以使得程序选择性地启用或禁用某些中断，设置中断的优先级，并且在发生中断时，确定是否触发中断响应。
中断服务程序（ISR, Interrupt Service Routine）：每个中断源都对应一个中断服务程序。中断服务程序用于处理该中断源引发的事件，如读取外部数据、清除中断标志等。中断服务程序是由程序员预先编写的特定代码，通常会执行一系列操作来处理中断事件。

80C51 中断系统具有五个中断源，它们是：
外部中断 0（INT0）：该中断源是通过外部引脚 P3.2 触发的，可以由外部信号（如按键、传感器等）触发。外部中断 0 可以响应低电平触发或下降沿触发，具体取决于相应控制寄存器（如 TCON）的配置。
外部中断 1（INT1）：该中断源是通过外部引脚 P3.3 触发的，类似于外部中断 0。外部中断 1 也可以响应低电平触发或下降沿触发，具体同样由控制寄存器（如 TCON）决定。
定时器 0 中断（Timer0）：该中断源是由定时器 0（T0）溢出引发的。定时器 0 工作在定时器或计数器模式下，当定时器溢出时，会触发该中断。它常用于周期性任务的执行。
定时器 1 中断（Timer1）：该中断源是由定时器 1（T1）溢出引发的。定时器 1 也有类似定时器 0 的功能，通常用于更复杂的时间控制或计数任务。
串行通信中断（Serial Interrupt）：该中断源是由串行通信的接收或发送事件触发的。当串行接收到数据或完成发送时，会触发串行中断。这个中断通常用于串行数据通信的处理。

80C51 中断系统具有两个优先级，它们是：高优先级和低优先级。

这两个优先级通过中断优先级控制寄存器 IP 和 IE（中断使能寄存器）进行设置和管理。

高优先级（High Priority）
高优先级的中断源会在低优先级的中断源未响应时被立即响应。即使低优先级中断正在处理中，高优先级中断会抢占并立即处理中断请求。高优先级的中断包括外部中断 0、定时器 0 中断、外部中断 1 和定时器 1 中断。

低优先级（Low Priority）
低优先级的中断会在高优先级中断未处理完之前被挂起，直到高优先级中断处理完毕才会响应低优先级中断。串行通信中断（Serial Interrupt）通常是一个低优先级的中断。

### 80C51 中断系统具有四个寄存器，它们是：

TCON（定时器控制寄存器）
TCON 寄存器控制定时器和外部中断的启动、停止及相关状态。它包含了溢出标志位、启动控制位和外部中断触发方式等。

TCON 的位说明：
TF0：定时器 0 溢出标志位
TF1：定时器 1 溢出标志位
TR0：定时器 0 启动控制位
TR1：定时器 1 启动控制位
IE0：外部中断 0 标志位
IE1：外部中断 1 标志位
IT0：外部中断 0 触发方式
IT1：外部中断 1 触发方式

SCON（串行控制寄存器）
SCON 是 80C51 单片机用于控制串行通信的寄存器。它包含了控制串行通信的相关配置位，包括波特率、数据格式、启用串行口等功能。

SCON 的位说明：
TI（发送中断标志）：该位为 1 时，表示串行口发送完成，可以准备下一次发送。如果该位为 0，则表示串行口正在发送数据。
RI（接收中断标志）：该位为 1 时，表示串行口接收到数据，可以读取接收到的字符。如果该位为 0，则表示串行口未接收到数据。

80C51 中断系统具有四个寄存器，它们是：

IE（中断使能寄存器）
该寄存器用于控制各个中断源的使能状态。通过设置相应的位，可以启用或禁用外部中断、定时器中断、串行中断等。

IE 的位说明：
EA：全局中断使能位（1 为启用所有中断，0 为禁用所有中断）
ES：串行通信中断使能
ET1：定时器 1 中断使能
EX1：外部中断 1 使能
ET0：定时器 0 中断使能
EX0：外部中断 0 使能

IP（中断优先级寄存器）
该寄存器用于设置中断源的优先级。80C51 单片机具有两级中断优先级，可以通过此寄存器设定哪些中断为高优先级，哪些为低优先级。

IP 的位说明：
IP0：外部中断 0 优先级
IP1：定时器 0 中断优先级
IP2：外部中断 1 优先级
IP3：定时器 1 中断优先级
IP4：串行通信中断优先级

### 实践案例

使用定时器T1中断方式控制P3口的8位LED灯闪烁
任务描述：使用定时器/计数器T1工作于方式1，采用中断方式控制P3口LED的闪烁，闪烁周期为100ms即亮50sm，熄灭50ms

电路图如下所示
![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-11936724/b58fa3ed183819f5ce91498b333cb110.png)


代码图如下所示：
![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-11936724/eef7ed41963640fa5e9101e6810e5c65.png)


效果图如下所示：
![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-11936724/5e414a52318dc5dfe5ac68daecceb5a1.png)


## TCON— 定时器 / 计数器控制寄存器

![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-11936724/89c4a6808264e3ab6911349c48661d36.png)

D7到D4为定时器

IT1 / IT0：外中断 1/0 触发方式控制位。当 ITi = 0 时，外部中断 1/0 为电平触发方式。当 ITi = 1 时，外部中断 1/0 为脉冲触发方式。
IE1 / IE0：外部中断 1/0 标志。I Ei = 1，外部中断 1/0 向 CPU 申请中断。

SCON— 串行口控制寄存器
![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-11936724/de8cfbf937deb54361b005d11ebdc4f6.png)


D7到D2为通信

TI：串行发送中断标志 CPU 将数据写入发送缓冲器 SBUF 时，就启动发送，每发送完一个串行帧，硬件将使 TI 置位。
RI：串行接收中断标志 在串行口允许接收时，每接收完一个串行帧，硬件将使 RI 置位。

80C51 中断入口地址分配

MCS-51 单片机中断源的自然优先级、入口地址及中断编号
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C 语言编写中断服务函数的格式如下：
函数类型 函数名 (形式参数列表) [interrupt n] [using m]
其中，interrupt 后面的 n 是中断编号，取值为 0~4；using 中的 m 表示使用的工作寄存器组号（如不声明，则默认用第 0 组）。

例如，定时器 T0 的中断服务函数可以用如下方法编写：
Void Time0 (Void) interrupt 1 using 0
// 定时器 T0 的中断服务函数，T0 的中断编号为 1，使用
第 0 组工作寄存器
{
…… // 中断服务程序
}

80C51 外部中断扩展
单片机仅有两个外部中断输入端。
可用两种方法扩展：

定时器 T0、T1。(工作在计数方式下)

中断和查询结合。

**用定时器作外部中断源**
例：将定时器 T0 扩展为外部中断源。

解：将定时器 T0 设定为方式 2（自动恢复计数初值），
TH0 和 TF0 的初值均设置为 FFH，允许 T0 中断，CPU 开放中断，
源程序如下：
TMOD=0x06;
TH0=0xff;
TL0=0xff;
TR0=1;
ET0=1;
EA=1;
…
T0 引脚每输入一个负跳变，TF0 都会置 1，向 CPU 请求中断，T0 引脚相当于边沿触发的外部中断源输入线。

### 中断和查询相结合


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图：一个外中断扩展城多个外中断的原理图

Void int_1 () interrupt 2 // 外部中断 1 中断类型号为 2
{
unsigned char i;
P1 = 0xff; // 读 P1 口引脚前先全部置 1
i = P1; // 在 P1 口引脚状态读入变量 i
i &= 0x0f; // 采用与操作屏蔽掉 i 的高 4 位
Switch (i)
}

{
case 0x01: exint0(); break; /调用函数 exint0 ()，EXINTT0 中断服务，此处省略/
case 0x02: exint1(); break; /调用函数 exint1 ()，EXINTT1 中断服务，此处省略/
case 0x04: exint2(); break; /调用函数 exint2 ()，EXINTT2 中断服务，此处省略/
case 0x08: exint3(); break; /调用函数 exint3 ()，EXINTT3 中断服务，此处省略/
Default: break;
}

### 中断系统的应用

中断系统的初始化实质上是针对 4 个与中断有关的特殊功能寄存器 TCON、SCON、IE 和 IP 进行控制和管理，具体步骤如下所示。
(1) 开 CPU 中断总开关（EA）。
(2) 设置中断允许寄存器 IE 中相应的位，确定各个中断源是否允许中断。
(3) 对多级中断设置中断优先级寄存器 IP 中相应的位，确定各中断源的优先级别。
(4) 设置定时器控制寄存器 TCON 中相应的位，确定外部中断是边沿触发还是电平触发的触发方式。

### 实践案例

用外中断控制 P2 口 8 个 LED 亮灭
任务描述：P3.3 引脚（/INT1）上接按键 S，使用外中断控制 P2 口 8 个 LED 亮灭。当第一次按下按键 S 时，P2 口 8 位 LED 就亮，再次按下 S 按键，P2 口 8 个 LED 就灭，如此循环，就可看见 LED 灯亮灭两种状态，
电路图如图所示。
![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-11936724/7372abd545a1384eb2f08189a8048573.png)


代码如图所示
![image](https://developer.qcloudimg.com/http-save/yehe-11936724/cb88a04df5221d46214eb70721af75e0.png)

CPU在执行程序的过程中，由于外界的原因，无法尽快终止CPU当前的程序执行，而去执行相应的处理程序，待处理结束后，在回来继续执行开始被终止的程序，这种陈旭在执行过程中由于外界的原因被中间打断的情况被称为“中断“。

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单片机中断系统详解：介绍80C51单片机中断源、中断优先级、中断寄存器及中断服务程序编写方法。包含外部中断、定时器中断、串口中断的触发原理，以及中断扩展技巧和实际应用案例，帮助掌握单片机中断编程技术。

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