一文读懂51单片机的中断系统
目录
引言
一、中断的基本概念
1. 中断源
2. 中断控制器
3. 中断向量表
4. 中断服务子程序
二、51单片机的中断系统结构
1. 外部中断
2. 定时器中断
3. 串行口中断
三、51单片机的中断优先级
四、中断系统编程实践
1. 外部中断示例
2. 定时器中断示例
五、中断系统的应用
结论
引言
在嵌入式系统开发中，中断系统是一个至关重要的部分。51单片机作为经典的8位微控制器，其强大的中断处理能力使得它在多种应用场景中表现出色。本文将详细介绍51单片机的中断系统，包括中断的基本概念、中断源、中断控制器、中断向量表、中断服务子程序以及中断的应用实例和编程实践。通过本文的学习，读者将能够全面理解51单片机的中断系统，并具备在实际项目中应用中断系统的能力。
一、中断的基本概念
中断是一种特殊的程序执行方式，它允许主程序在执行过程中对外部事件进行及时响应和处理。中断是一种异步的程序执行方式，与主程序并行运行，并在特定事件发生时自动触发。在51单片机中，常见的事件包括定时器到达、外部信号输入等。当这些事件发生时，中断系统会立即跳转到相应的中断服务子程序中进行处理，并在完成后返回主程序继续执行。
1. 中断源
外部事件发生时产生中断请求信号，这个信号源被称为中断源。在51单片机中，中断源可以分为两种类型：内部中断和外部中断。
- 内部中断：包括定时器中断、串口中断等。
- 外部中断：包括INT0、INT1等。
2. 中断控制器
中断控制器负责对中断请求进行管理和优先级判断，选出最高优先级的中断源，并向CPU发送中断请求。51单片机中的中断控制器通过一系列寄存器来实现这一功能，包括中断允许寄存器IE和中断优先级寄存器IP。
- IE寄存器：用于控制各个中断源的允许/禁止状态。
- IP寄存器：用于设置各个中断源的优先级。
3. 中断向量表
中断向量表存储了中断服务子程序的入口地址，当CPU响应中断时，会根据中断号跳转到相应的中断服务子程序。51单片机的中断向量表是固定的，每个中断源都有一个对应的中断向量地址。
4. 中断服务子程序
中断服务子程序是处理中断事件的程序代码段，它与主程序相互独立。当中断发生时，CPU会跳转到相应的中断服务子程序执行，处理完毕后返回主程序继续执行。
二、51单片机的中断系统结构
51单片机的中断系统结构相对简单，但功能强大。它支持多个中断源，包括外部中断0（INT0）、外部中断1（INT1）、定时器0中断（T0）、定时器1中断（T1）以及串行口中断（RXD、TXD）。默认情况下，这些中断源的优先级按INT0 -> T0 -> INT1 -> T1 -> (RXD、TXD)的顺序划分，但可以通过配置IP寄存器来改变优先级。
1. 外部中断
外部中断是由外部信号触发的中断，51单片机有两个外部中断源：INT0和INT1。它们分别连接在P3.2和P3.3引脚上，可以通过配置TCON寄存器中的IT0和IT1位来选择触发方式（低电平触发或下降沿触发）。
2. 定时器中断
51单片机有两个16位定时器/计数器：定时器0（T0）和定时器1（T1）。它们既可以作为定时器使用，也可以作为计数器使用。当定时器溢出或计数器计满时，会触发中断。
- 定时器0（T0）：连接在P3.4引脚上。
- 定时器1（T1）：连接在P3.5引脚上。
3. 串行口中断
串行口中断是由串行通信引起的中断。当串行口发送或接收一个字符时，会触发中断。这允许CPU在不需要轮询串行口状态的情况下，及时处理串行通信数据。
三、51单片机的中断优先级
51单片机的中断优先级可以通过配置IP寄存器来设置。IP寄存器中的每一位对应一个中断源的优先级，设置为1时表示高优先级，设置为0时表示低优先级。默认情况下，中断源的优先级按照INT0 -> T0 -> INT1 -> T1 -> (RXD、TXD)的顺序划分。
四、中断系统编程实践
下面将通过几个具体的例子，展示如何在51单片机中编写中断服务子程序和处理中断。
1. 外部中断示例
以下是一个外部中断0（INT0）的示例程序，它使用P3.2引脚上的按键触发中断，当按键按下时，点亮或熄灭流水灯。
#include <reg52.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit key_s2 = P3^0; // 按键S2连接在P3.0引脚上
sbit flag = P3^7; // 标志位flag，用于产生下降沿
void delay(uint z) {
uint x, y;
for(x = z; x > 0; x--)
for(y = 114; y > 0; y--);
}
// 外部中断0初始化
void clInit() {
EA = 1; // 开总中断
EX0 = 1; // 开外部中断0
IT0 = 1; // 外部中断0下降沿触发
}
// 外部中断0中断服务程序
void ext0_isr(void) interrupt 0 {
P1 = ~P1; // 反转P1口的状态，实现流水灯效果
}
void main() {
clInit(); // 外部中断0初始化
while(1) {
if(key_s2 == 0) { // 判断按键S2是否被按下
delay(20); // 按键消抖
if(key_s2 == 0) {
flag = 1; // 产生下降沿
flag = 0;
while(!key_s2); // 松手检测
}
}
}
}在这个例子中，我们首先定义了按键S2和标志位flag的引脚连接。然后在clInit函数中，我们开启了总中断、外部中断0，并设置了外部中断0为下降沿触发。在ext0_isr中断服务程序中，我们反转了P1口的状态，实现了流水灯效果。在main函数中，我们不断检测按键S2的状态，当按键按下时，产生下降沿并触发中断。
2. 定时器中断示例
以下是一个定时器0中断的示例程序，它使用定时器0实现精确的时间控制和LED闪烁。
#include <reg52.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
sbit LED = P1^0; // LED连接在P1.0引脚上
void Timer0Init() {
TMOD = 0x01; // 设置定时器0为模式1（16位定时器）
TH0 = 0xFC; // 初始值，定时约1ms
TL0 = 0x66;
ET0 = 1; // 使能定时器0中断
EA = 1; // 开总中断
TR0 = 1; // 启动定时器0
}
// 定时器0中断服务程序
void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {
TH0 = 0xFC; // 重装初值
TL0 = 0x66;
LED = ~LED; // 反转LED状态
}
void main() {
Timer0Init(); // 定时器0初始化
while(1) {
// 主程序循环，可以添加其他任务
}
}在这个例子中，我们首先定义了LED的引脚连接。然后在Timer0Init函数中，我们设置了定时器0为模式1（16位定时器），并初始化了定时初值以实现约1ms的定时。接着我们使能了定时器0中断和总中断，并启动了定时器0。在Timer0_ISR中断服务程序中，我们重装了定时初值，并反转了LED的状态，实现了LED闪烁。在main函数中，我们只需要调用Timer0Init函数进行初始化，然后主程序循环即可。
五、中断系统的应用
51单片机的中断系统广泛应用于嵌入式系统开发中，以下是一些常见的应用场景：
- 定时器/计数器：通过定时器/计数器中断实现精确的时间控制和脉冲宽度调制等功能。
- 外部信号输入：通过外部中断输入端口实现与其他设备的交互和数据传输。
- 串口通信：通过串口中断实现与外部设备的数据交换和通信。
- 数据处理：通过中断服务子程序实现各种数据处理和转换操作。
- 多任务处理：通过中断抢占优先级实现多任务并发处理，提高系统的效率和性能。
结论
通过本文的学习，读者应该对51单片机的中断系统有了全面的了解。中断系统作为一种高效的事件处理机制，在嵌入式系统开发中发挥着重要作用。掌握51单片机的中断系统原理和应用，可以帮助开发人员更好地实现各种系统功能，并提高嵌入式系统开发的效率和质量。希望本文能为读者在实际项目中应用中断系统提供有益的参考和帮助。