MCS-51单⽚机的中断系统
单⽚机中断技术概述
在任何⼀款事件驱动型的CPU⾥⾯都应该会有中断系统，因为中断就是为响应某种事件⽽存在的。中断的灵活应⽤不仅能够实现想要的功能，⽽且合理的中断安排可以提⾼事件执⾏的效率，因此中断在单⽚机应⽤中的地位是⾮常重要的。
单⽚机中断（Interrupt）是硬件驱动事件，它使得CPU暂停当前的主程序，转⽽去执⾏⼀个中断服务⼦程序。为了更形象地理解中断，下⾯以学⽣上⾃习时接电话为例阐述⼀下中断的概念。
单⽚机的中断系统有5个中断源、2个中断优先级，可实现两级中断服务程序嵌套。
如果单⽚机没有中断系统，单⽚机的⼤量时间可能会浪费在查询是否有服务请求发⽣的定时査询操作上。采⽤中断技术完全消除了单⽚机在査询⽅式中的等待现象，⼤⼤地提⾼了单⽚机的⼯作效率和实时性。
单⽚机中断系统结构及中断控制
中断系统结构图如图5-2所⽰。由图5-2可见，MCS-51中断系统共有5个中断请求源：INT0——外部中断请求0，中断请求信号由INT0引脚输⼊。定时/计数器T0计数溢出发出的中断请求。INT1——外部中断请求1，中断请求信号由INT1引脚输⼊。定时/计数器T1计数溢出发出的中断请求。串⾏⼝中断请求。
中断优先级从⾼到底排列。单⽚机如何知道有中断请求信号？是否能够响应该中断？若5个中断源请求信号同时到来，单⽚机如何响应？这些问题都可以由中断寄存器来解决。单⽚机中断寄存器有中断标志寄存器TCON和SCON、中断使能寄存器IE和中断优先级寄存器IP，这些寄存器均为8位。
中断标志寄存器
5个中断请求源的中断请求标志分别由TCON和SCON的相应位锁存，单⽚机通过这些中断标志位的状态便能知道具体是哪个中断源正在申请中断。TCON寄存器
TCON寄存器为定时/计数器的控制寄存器，字节地址为88H，可位寻址。特殊功能寄存器TCON的格式如图5-3所⽰。
TCON各标志位功能如下。TF1——定时/计数器T1的溢出中断请求标志位。当T1计数产⽣溢出时，由硬件使TF1置“1”，向CPU申请中断。CPU响应TF1中断时，TF1标志由硬件⾃动清“0”，TF1也可由软件清“0”。TF0——定时/计数器T0的溢出中断请求标志位，功能与TF1类似。IE1——外部中断请求1的中断请求标志位。IE0——外部中断请求0的中断请求标志位，功能与IE1类似。IT1——选择外部中断请求1为跳沿触发还是电平触发。IT1=0，电平触发⽅式，引脚上低电平有效，并把IE1置“1”。转向中断服务程序时，由硬件⾃动把IE1清“0”。IT1=1,跳沿触发⽅式，加到引脚上的外部中断请求输⼊信号电平从⾼到低的负跳变有效,并把IE1置“1”。转向中断服务程序时，由硬件⾃动把IE1清“0”。IT0——选择外部中断请求0为跳沿触发⽅式还是电平触发⽅式，其意义与IT1类似。
摘 要
鉴于MCS-51系统只提供“二级中断嵌套”，提出扩展51系统中断优先级的纯软件方法。其利用51系统内建的中断允许寄存器IE和中断优先级寄存器IP，通过屏蔽字机制来实现；以C51的形式，给出这种扩展方法的函数库实现，为该方法的使用赋予友好、简洁的用户接口。
大家都知道，MCS-51系统只提供“二级中断嵌套”，而大多数嵌入式系统希望有多于两级的优先级别。因为一般来说，系统都有掉电中断，且应置为最高优先级，这样所有其它中断只能共用一个最低优先级，如此，往往不能满足实际的逻辑需求。为了使系统具有多于两级的中断优先级别，可以利用8259A之类的中断控制芯片实现中断优先级的硬扩展，但却增加了系统的造价和复杂性。因复杂性的提高，系统的可靠性将受到影响。本文提出一种扩展MCS-51系统中断优先级的纯软件方法，不需增加任何硬件，且所需的额外资源消耗也很小。实际应用表明这种方法是可行的和有效的。
关键词：MCS-51单片机、 中断优先级、 软扩展、C51Abstract
51 - MCS due to provide only "secondary interruption, expand nested" 51 system
of pure software interrupt priority. The use of the built-in 51 system allows register
interrupt and interrupt priority IE IP, through the shield word registers mechanism to
realize, In the form of C51 extension methods for realizing the function of library, the
use of this method gives friendly user interface, concise.
思考题与习题部分参考答案
1 MCS51单片机指令系统 与汇编语言程序设计
1． 8051单片机的指令系统有何特点？
解：8051的指令系统由111条指令组成。如果按字节数分类，有49条单字节指令46条双字节指令和16条三字节指令，以单字节指令为主；如果按照指令执行时间分类，有64条单周期指令、45条双周期指令和２条四周期指令，以单周期指令为主。
8051的指令系统具有以下特点：
（1）存储效率高、执行速度快，可以进行直接地址到直接地址的数据传送，能把一个并行I/O口中的内容传送到内部RAM单元中而不必经过累加器A或工作寄存器Rn。这样可以大大提高传送速度和缓解累加器A的瓶颈效应。
（2）用变址寻址方式访问程序存储器中的表格，将程序存储器单元中的固定常数或表格字节内容传送到累加器A中。这为编成翻译算法提供了方便。
（3）在算术运算指令中设有乘法和除法指令
（4）指令系统中一些对I/O口进行操作的指令具有“读——修改——写”的功能。这一功能指:在执行读锁存器的指令时，CPU首先完成将锁存器的值通过缓冲器BUF2度入内部，进行修改、改变，然后重新写到锁存器中去。这种类型指令包含所有的逻辑操作和位操作指令。
（5）8051单片机内部有一个布尔处理器，对为地址空间具有丰富的位操作指令。布尔操作类指令有17条，包括布尔传送指令、布尔状态控制指令、布尔逻辑操作指令、布尔条件转移指令。
2．8051单片机指令系统按功能可分为几类？具有几种寻址方式？它们的寻址范围如何？
解：MCS-51单片机指令系统按功能可分为5类：
（1）数据传送指令
（2）算术运算指令
（3）逻辑运算和移位指令
（4）控制转移指令
（5）位操作指令
MCS-51单片机的指令系统提供了七种寻址方式，其对应的寻址范围如下表：
3．访问特殊功能寄存器和外部数据存储器应采用哪种寻址方式？
中断系统
中断装置和中断处理程序统称为中断系统。
中断系统是计算机的重要组成部分。实时控制、故障自动处理、计算机与外围设备间的数据传送往往采用中断系统。中断系统的应用大大提高了计算机效率。
不同的计算机其硬件结构和软件指令是不完全相同的，因此，中断系统也是不相同的。计算机的中断系统能够加强CPU对多任务事件的处理能力。中断机制是现代计算机系统中的基础设施之一，它在系统中起着通信网络作用，以协调系统对各种外部事件的响应和处理。中断是实现多道程序设计的必要条件。
中断是CPU对系统发生的某个事件作出的一种反应。
引起中断的事件称为中断源。中断源向CPU提出处理的请求称为中断请求。发生中断时被打断程序的暂停点成为断点。CPU暂停现行程序而转为响应中断请求的过程称为中断响应。处理中断源的程序称为中断处理程序。CPU执行有关的中断处理程序称为中断处理。而返回断点的过程称为中断返回。中断的实现实行软件和硬件综合完成，硬件部分叫做硬件装置，软件部分成为软件处理程序。
中断系统的功能
1）实现中断响应和中断返回
当CPU收到中断请求后，能根据具体情况决定是否响应中断，如果CPU没有更急、更重要的工作，则在执行完当前指令后响应这一中断请求。CPU中断响应过程如下：首先，将断点处的PC值（即下一条应执行指令的地址）推入堆栈保留下来，这称为保护断点，由硬件自动执行。然后，将有关的寄存器内容和标志位状态推入堆栈保留下来，这称为保护现场，由用户自己编程完成。保护断点和现场后即可执行中断服务程序，执行完毕，CPU由中断服务程序返回主程序，中断返回过程如下：首先恢复原保留寄存器的内容和标志位的状态，这称为恢复现场，由用户编程完成。然后，再加返回指令RETI，RETI指令的功能是恢复PC值，使CPU返回断点，这称为恢复断点。恢复现场和断点后，CPU将继续执行原主程序，中断响应过程到此为止。
