【笔记】中断

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前言

中断学习笔记
注意：本文所有代码均按照sdcc编译器代码规范编写，如果使用的Keli编译器，需要自行修改代码

定义

  • 中断：打断CPU当前工作的一种事件
  • 中断源：所有可以引发中断的事件的集合
    • 标准51单片机的中断源（5种/3类）
      • 外部中断：由单片机引脚输入的中断
        • 外部中断0
        • 外部中断1
      • 定时/计数器中断：由定时/计数器引起的中断
        • 定时/计数器0中断
        • 定时/计数器1中断
      • 串行中断：由串行通讯（发送串行数据、接收串行数据）引起的中断
        • 串行中断
  • 中断向量：中断函数的入口地址
    • 在C51代码中，通常不直接使用中断向量，而是根据头文件中指定的指针变量来使用中断向量

外部中断

数字信号的种类（4种/2类）

  • 电平信号
    • 高电平信号
    • 低电平信号
  • 边沿信号
    • 上升沿信号
    • 下降沿信号

外部中断请求类型

  • 标准51单片机支持的外部中断请求类型
    • 低电平请求
    • 下降沿请求

STC12C5A60S2使用外部中断

  1. 开中断：STC12C5A60S2的12引脚默认为P3.2端口、13引脚默认为P3.3端口。如果需要开中断，需要将12引脚切换为INT0端口、将13引脚设置为INT1端口
  2. 指定中断请求类型（低电平请求、下降沿请求）：虽然标准51单片机支持2种中断请求，但是使用时只能设置1种，每次需要中断时，通过这1种中断请求实现中断
  3. 指定中断处理函数：当检测到中断请求后，立即执行中断处理函数

开中断

  • 通过IE寄存器实现开中断
  • IE寄存器是可以位寻址的
  • IE寄存器从第8位（最高位）到第1位（最低位）分别是：EA、空、空、ES、ET1、EX1、ET0、EX0
    • EA：中断总开（1）关（0）
    • EX0：外部中断0的开（1）关（0）
    • EX1：外部中断1的开（1）关（0）
    • ET0：定时/计数器0的开（1）关（0）
    • ET1：定时/计数器1的开（1）关（0）
    • ES：串行中断的开（1）关（0）
关闭所有中断
通过字节寻址
1
IE = 0x00;
通过位寻址
1
EA = 0;
开启外部中断0
通过字节寻址
1
IE = 0x81;
通过位寻址
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2
EA = 1;
EX0 = 1;
开启外部中断1
通过字节寻址
1
IE = 0x84;
通过位寻址
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2
EA = 1;
EX1 = 1;
同时开启外部中断0和外部中断1
通过字节寻址
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IE = 0x85;
通过位寻址
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EA = 1;
EX0 = 1;
EX1 = 1;

指定中断请求类型

  • 通过TCON（Timer Config）寄存器的低4位指定中断请求的类型

  • TCON寄存器是可以位寻址的

  • TCON寄存器从第4位到第1位分别是：IE1、IT1、IE0、IT0

    • IT0：设置外部中断0的请求类型为低电平请求（0）或下降沿请求（1）
    • IT1：设置外部中断1的请求类型为低电平请求（0）或下降沿请求（1）
    • IE0：外部中断0的使能信号。当外部中断0接收到中断信号后，CPU会自动将IE0设置为1；当外部中断0的中断信号处理结束后，CPU会自动将IE0设置为0
    • IE1：外部中断1的使能信号。当外部中断1接收到中断信号后，CPU会自动将IE1设置为1；当外部中断0的中断信号处理结束后，CPU会自动将IE1设置为0

  • 中断按键：将一个普通按键，一端接GND，另一端接INT0或INT1

中断请求类型设置为低电平请求（一个时刻）
  • 这种方式如果中断按键按下时间过长，会导致中断处理函数执行多次
1
IT0 = 0;
中断请求类型设置为下降沿请求（一个瞬间）
  • 这种方式如果中断按键按下出现抖动，会导致中断处理函数执行多次
1
IT0 = 1;

指定中断处理函数

  • 无参数列表
  • 无返回值
  • 无需声明，通常放在整个程序最后
  • 函数名自定义
  • 必须指定中断向量号
  • 中断处理函数不能手动调用

中断向量：用于控制中断的内存地址
中断向量号：用于标记中断的编号，方便编程

interrupt <num>：指定中断向量号，取值范围为0~4

0：外部中断0
1：定时/计数器中断0
2：外部中断1
3：定时/计数器中断1
4：串行终端

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void int0(void) interrupt <num>
{
    ...
}
阻止中断的接收
  • 当一个中断处理函数正在执行时，阻止中断的接收
  • 阻止中断的接收可以用来消除抖动
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void int0(void) __interrupt 0
{
    // 阻止中断的接收
    EX0 = 0;
    // 业务代码
    ...
    // 还原中断的接收
    EX0 = 1;
}

完整代码示例

  • 利用外部中断0实现中断
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#include<8052.h>

void init()
{
    // 指定开启外部中断0
    IE = 0x81;
    // 指定外部中断0的终端请求类型为下降沿请求
    IT0 = 1;
}

void main(void)
{
    init();
    while (1)
    {
        ...
    }
}

// 指定外部中断0的中断函数
void int0(void) __interrupt 0
{
    // 阻止中断的接收
    EX0 = 0;
    // 业务代码
    ...
    // 还原中断的接收
    EX0 = 1;
}

定时/计数器中断

  • 在标准51单片机上有2个16位的定时/计数器

  • 计数值：计数的总次数

  • 计数初值：开始计数的起点

  • 计数最大值：可以计数的上限

    • 51单片机做多可以计16位的数

定时/计数器的计数方式

  • 减计数：从计数初值（计数值）开始减到0。x86的PC使用的就是减计数的计数器
  • 加计数：从计数初值（最大值-计数值）开始加到计数器能力最大值。标准51单片机使用的就是加计数的计数器

定时/计数器的计数内容

  • 定时器：数内部的时基（时间基准）
  • 计数器：数外部的脉冲信号周期（每个周期一高一低）

定时/计数器的时间计算

  • 时钟周期：1个时钟周期 = 1 / 晶振的频率
    • 如果51单片机接了一个12MHz的晶振，那么时钟周期为1/12μs
  • 机器周期：1个机器周期 = 12 * 时钟周期
    • 如果51单片机接了一个12MHz的晶振，那么机器周期为1μs

STC12C5A60S2使用计数器中断

  1. 开中断
  2. 指定模式
  3. 写入计数初值
  4. 开启定时/计数器
  5. 指定中断处理函数：当检测到中断请求后，立即执行中断处理函数

指定模式

  • 通过TMOD（Timer Model）寄存器指定模式
  • TMOD寄存器是不可以位寻址的
  • TMOD寄存器从第4位到第1位是用来设置定时/计数器0的，分别是：GATE、C/T、M1、M0
  • TMOD寄存器从第8位到第5位是用来设置定时/计数器1的，分别是：GATE、C/T、M1、M0
    • GATE：门控信号，用来指定定时/计数器的开关的方式，1表示硬件开启，0表示软件开启
    • C/T：1表示工作在计数模式，0表示工作在定时模式
    • M1：用来设置工作方式的高位
    • M0：用来设置工作方式的低位
模式 M1 M0 寄存器位数 TH寄存器功能 TL寄存器功能 特点
工作方式0 0 0 13位 - - 为了向下兼容
工作方式1 0 1 16位 存放计数初值的高位 存放计数初值的低位 只能手动载入初值
工作方式2 1 0 8位 存放计数初值的备份 存放计数初值 可以自动载入初值
工作方式3 1 1 8位 作为定时器 作为计数器 可以同时作为定时器和计数器的寄存器

写入计数初值

  • 用2个初值寄存器存放初值，最大可以存放16位
    • 定时/计数器0：高8位用TH0寄存器，低8位用TL0寄存器
    • 定时/计数器1：高8位用TH1寄存器，低8位用TL1寄存器

开启定时/计数器

  • 通过TCON（Timer Config）寄存器的高4位指定定时/计数器的开启
  • TCON寄存器从第8位到第5位分别是：TF1、TR1、TF0、TR0
    • TR0：定时/计数器0的软开（1）关（0）
    • TR1：定时/计数器1的软开（1）关（0）
    • TF0：定时/计数器的计数溢出标识，标识计数是（1）否（0）已完成
    • TF1：定时/计数器的计数溢出标识，标识计数是（1）否（0）已完成

完整代码示例

  • 通过按键，接收脉冲信号，累计5次开始中断

    • 在计数模式下，需要利用T0和T1引脚来接收脉冲信号，初始是高电平
    • 可以将T0和T1引脚接按键，实现发出脉冲信号

  • 定时/计数器完成计数后自动中断

  • 进入中断后溢出标识会自动置0

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#include<8052.h>

void init()
{
    // 指定开启定时计数器0中断
    IE = 0x82;
    // 为定时/计数器0指定模式
    // 指定门控信号为软件开启
    // 指定工作在计数模式
    // 指定工作方式1
    TMOD = 0x05;
    // 为定时/计数器0指定计数初值
    TH0 = (65536 - 5) / 256;
    TL0 = (65536 - 5) % 256;
    // 为定时/计数器0开启计数
    TR0 = 1;
}

void main(void)
{
    init();
    while (1)
    {

    }
}

void timer0(void) __interrupt 1
{
    // 阻止计数
    TR0 = 0;

    // 业务代码
    ...

    // 重新指定计数初值
    TH0 = (65536 - 5) / 256;
    TL0 = (65536 - 5) % 256;
    // 恢复计数
    TR0 = 1;
}

STC12C5A60S2使用定时器中断

  1. 开中断
  2. 指定模式
  3. 写入计数初值
  4. 开启定时/计数器
  5. 指定中断处理函数：当检测到中断请求后，立即执行中断处理函数

完整代码示例

小于等于65536μs的定时

  • 在定时时实际上是通过晶振的振动频率来数数，以达到定时的效果，12MHz的晶振机器周期为1μs

  • 由于在标准51单片机上有2个16位的定时/计数器，没个定时/计数器最大只能存储65536个数，所以每次计时只能累计65536μs

  • 设置一个50ms的定时器

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#include<8052.h>

void init()
{
    // 指定开启定时计数器0中断
    IE = 0x82;
    // 为定时/计数器0指定模式
    // 指定门控信号为软件开启
    // 指定工作在定时模式
    // 指定工作方式1
    TMOD = 0x01;
    // 为定时/计数器0指定时间初值（1ms=1000次）
    TH0 = (65536 - 50000) / 256;
    TL0 = (65536 - 50000) % 256;
    // 为定时/计数器0开启计数
    TR0 = 1;
}

void main(void)
{
    init();
    while (1)
    {

    }
}

void timer0(void) __interrupt 1
{
    // 阻止计数
    TR0 = 0;

    // 业务代码
    ...

    // 重新指定计数初值
    TH0 = (65536 - 50000) / 256;
    TL0 = (65536 - 50000) % 256;
    // 恢复计数
    TR0 = 1;
}
大于65536μs的定时

  • 虽然每次计时最多只能累计65536μs，但是通过多次计时能实现更多时间的累计，其中每次计时的时间为时间基值

  • 设置一个1s的定时器

    • 通过在时间基值为50ms的定时器，累计定时20次，实现1s的定时器
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#include<8052.h>

void init()
{
    // 指定开启定时计数器0中断
    IE = 0x82;
    // 为定时/计数器0指定模式
    // 指定门控信号为软件开启
    // 指定工作在定时模式
    // 指定工作方式1
    TMOD = 0x01;
    // 为定时/计数器0指定时间初值（1ms=1000次）
    TH0 = (65536 - 50000) / 256;
    TL0 = (65536 - 50000) % 256;
    // 为定时/计数器0开启计数
    TR0 = 1;
}

void main(void)
{
    init();
    while (1)
    {

    }
}

void timer0(void) __interrupt 1
{
    // 累加器
    static unsigned char i = 0;

    // 阻止计数
    TR0 = 0;

    if (++i == 20)
    {
        // 业务代码
        ...
        
        // 累加器置0
        i = 0;
    }

    // 重新指定计数初值
    TH0 = (65536 - 50000) / 256;
    TL0 = (65536 - 50000) % 256;
    // 恢复计数
    TR0 = 1;
}
只改变标识
  • 如果一个定时器需要反复使用，在定时器完成定时后，不立即执行业务代码，而是改为只改变预先设定的标识，这样能减小定时器的误差
  • 通过bit关键字可以定义一个布尔值，只能存放1或0，bit不能用unsigned关键字修饰
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#include<8052.h>

bit flag = 0;

void init()
{
    // 指定开启定时计数器0中断
    IE = 0x82;
    // 为定时/计数器0指定模式
    // 指定门控信号为软件开启
    // 指定工作在定时模式
    // 指定工作方式1
    TMOD = 0x01;
    // 为定时/计数器0指定时间初值（1ms=1000次）
    TH0 = (65536 - 50000) / 256;
    TL0 = (65536 - 50000) % 256;
    // 为定时/计数器0开启计数
    TR0 = 1;
}

void main(void)
{
    init();
    while (1)
    {
        // 当标识位为1时，表示定时器完成定时
        if (flag)
        {
            // 业务代码
            ...
            // 标识位置0
            flag = 0;
        }
    }
}

void timer0(void) __interrupt 1
{
    // 累加器
    static unsigned char i = 0;

    // 阻止计数
    TR0 = 0;

    if (++i == 20)
    {
        // 标识位置1 
        flag = 1;
        // 累加器置0
        i = 0;
    }

    // 重新指定计数初值
    TH0 = (65536 - 50000) / 256;
    TL0 = (65536 - 50000) % 256;
    // 恢复计数
    TR0 = 1;
}

总结

中断函数的中断向量号总结

中断向量号 中断类型
0 外部中断0
1 定时/计数器中断0
2 外部中断1
3 定时/计数器中断1
4 串行终端

寄存器总结

寄存器名 用来定义的功能 第8位 第7位 第6位 第5位 第4位 第3位 第2位 第1位
IE 寄存器的总开关 EA - - ES ET1 EX1 ET0 EX0
TCON 外部中断的使能信号、请求类型 - - - - IE1 IT1 IE0 IT0
TCON 定时计数器的溢出标识、软开关 TF1 TR1 TF0 TR0 - - - -
TMOD 定时计数器0的开关方式、定时/计数模式、工作方式 - - - - GATE C/T M1 M0
TMOD 定时计数器1的开关方式、定时/计数模式、工作方式 GATE C/T M1 M0 - - - -
TH1 定时计数器1的计数初值高8位 - - - - - - - -
TL1 定时计数器1的计数初值低8位 - - - - - - - -
TH0 定时计数器0的计数初值高8位 - - - - - - - -
TL0 定时计数器0的计数初值低8位 - - - - - - - -

EA：中断总开（1）关（0）
ES：串行中断的开（1）关（0）
ET1：定时/计数器1的开（1）关（0）
EX1：外部中断1的开（1）关（0）
ET0：定时/计数器0的开（1）关（0）
EX0：外部中断0的开（1）关（0）
IE1：外部中断1的使能信号。当外部中断1接收到中断信号后，CPU会自动将IE1设置为1；当外部中断0的中断信号处理结束后，CPU会自动将IE1设置为0
IT1：设置外部中断1的请求类型为低电平请求（0）或下降沿请求（1）
IE0：外部中断0的使能信号。当外部中断0接收到中断信号后，CPU会自动将IE0设置为1；当外部中断0的中断信号处理结束后，CPU会自动将IE0设置为0
IT0：设置外部中断0的请求类型为低电平请求（0）或下降沿请求（1）
TF1：定时/计数器的计数溢出标识，标识计数是（1）否（0）已完成
TR1：定时/计数器1的软开（1）关（0）
TF0：定时/计数器的计数溢出标识，标识计数是（1）否（0）已完成
TR0：定时/计数器0的软开（1）关（0）
GATE：门控信号，用来指定定时/计数器的开关的方式，1表示硬件开启，0表示软件开启
C/T：1表示工作在计数模式，0表示工作在定时模式
M1：用来设置工作方式的高位
M0：用来设置工作方式的低位

定时计数器工作方式总结

模式 M1 M0 寄存器位数 TH寄存器功能 TL寄存器功能 特点
工作方式0 0 0 13位 - - 为了向下兼容
工作方式1 0 1 16位 存放计数初值的高位 存放计数初值的低位 只能手动载入初值
工作方式2 1 0 8位 存放计数初值的备份 存放计数初值 可以自动载入初值
工作方式3 1 1 8位 作为定时器 作为计数器 可以同时作为定时器和计数器的寄存器

完成