PIC单片机中断系统详细汇总.ppt
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1、第八章 中断系统,8.1 中断的基本概念 当单片机正在执行程序时,出现了某些特殊状况,例如定时时间到、有键盘信号输入等,此时CPU须要暂时停止当前的程序,而转去执行处理这些事件的程序,待执行完这些特定的程序之后,再返回到原先的程序去执行,这就形成了一次“中断”。“中断”加强了单片机处理突发事件的能力,如果没有中断功能,对可能发生的特殊状况的处理就必须采用定时查询,这样就会浪费大量的CPU时间。,因此,中断是单片机中很重要的一个概念,是提高工作效率的重要功能,中断系统功能的好坏是衡量单片机功能的重要指标。单片机的“中断源”与单片机包含的外围设备有很大的关系,所谓“中断源”就是引起中断的原因或根源
2、,就是中断请求的来源。PIC16F87X系列集成了较多的外围设备:16F874/877内部集成了15个外围设备;16F873/876内部集成了12个外围设备;16F870/872内部集成了10个外围设备;16F871内部集成了13个外围设备。,外围设备在工作过程中,都需要CPU参与控制、协调或交换数据等服务,而CPU正是通过中断技术使得这些外围设备协调工作的。PIC单片机作一次中断处理的过程如下:当某一中断源发出中断请求时:假如CPU正在执行更重要的任务,则可采用屏蔽的方法暂时不响应该中断请求;如果可以响应该中断请求,则CPU执行完当前指令后,必须把断点处的程序计数器PC的值(即下一条指令的地
3、址)压入堆栈保存起来(断点保护),也可以把一些的重要寄存器内容也保护,起来(现场保护)。然后再转移到相应的中断服务子程序中执行。在中断服务子程序中,首先必须确定发出中断请求的中断源,然后再跳转到与该中断源相对应的程序分支中去执行中断服务程序。当中断服务程序执行毕后,必须先恢复被保护的寄存器的值(现场恢复),再将程序计数器PC的值从堆栈中恢复(断点恢复),使CPU返回断点处继续执行被中断的程序。8.2 PIC16F87X的中断源 PIC16F87X单片机具备的中断源如下表所示:,从上表可看出,各中断源基本上都与各个外围设备模块相对应的:多数的外围设备对应着一个中断源(如定时计数器TMR0),也有
4、的外围设备对应二个中断源(如SCI同步异步接收发送器USART);有的外围设备没有中断源与之对应(如输入输出端口 RA和RC);也有的中断源没有外围设备与之对应(例如外部中断源INT)。8.3 PIC16F87X的中断硬件逻辑 在PIC16F87X单片机中,不但中断源的种类和个数不同,它们的中断逻辑电路也不同。,PIC16F87X单片机的中断系统的逻辑电路如图9.1(a)(e)所示(p101103)。每一种中断源对应了一个中断标志位,记为XXXF,以及一个中断屏蔽位或叫中断使能位,记为XXXE。中断源产生的中断信号能否到达CPU,都受控于相应的中断屏蔽位。每个中断源申请中断时,其中断标志位会自
5、动置位,中断标志位的清0是由用户程序完成的;而每个中断屏蔽位的置位和清位均由用户程序完成。下图是由一些门电路构成的中断组合逻辑电路。,图中全部的的14个中断源按两个梯队并列排开,第一梯队中只安排了3个中断源,其余的中断源全部安排到第二梯队中。所有的中断源都受“全局中断屏蔽位”(也称总屏蔽位)GIE的控制;第一梯队的中断源不仅受GIE的控制,还要受各自中断屏蔽位的控制;第二梯队的中断源不仅受到GIE和各自中断屏蔽位的控制,还要受到一个外设中断屏蔽位PEIE的控制。,8.4 中断相关的寄存器,与中断有关的特殊功能寄存器SFR共有6个,分别是:选项寄存器OPTION_REG、中断控制寄存器INTCO
6、N、第一外围设备中断标志寄存器PIR1、第一外围设备中断屏蔽寄存器PIE1(也称中断使能寄存器)、第二外围设备中断标志寄存器PIR2和第二外围设备中断屏蔽寄存器PIE2,如表9.2所列。后5个SFR,共有40位,但仅使用了30位来控制中断,分别与图9.l中的中断逻辑电路的输入信号成严格的对应关系。,选项寄存器OPTION _REG OPTION_REG选项寄存器是可读写的,各位的分布形式:,该寄存器包含了与定时计数器TMR0、分频器和端口RB有关的控制位。RB端口引脚RB0和外部中断INT复用一脚,与该脚有关的一个控制位含义如下:INTEDG:外部中断INT触发信号边沿选择位:1=选择RB0I
7、NT上升沿触发;,0=选择RB0INT下降沿触发中断控制寄存器INTCON 中断控制寄存器是一个可读可写的寄存器,各位的分布形式如下:,它将第一梯队中的3个中断源的标志位和屏蔽位,以及PEIE和GIE包含在其中:RBIF:端口RB的引脚RB4RB7电平变化中断标志位。,1=RB4RB7已经发生了电平变化;0=RB4RB7尚未发生电平变化。RBIE:端口RB的引脚RB4RB7电平变化中断屏蔽位。1=允许端口RB产生的中断;0=屏蔽端口RB产生的中断。INTF:外部INT引脚中断标志位。1=外部INT引脚有中断触发信号;0=外部INT引脚无中断触发信号。INTE:外部INT引脚中断屏蔽位。l=允许
8、外部INT引脚产生的中断;0=屏蔽外部INT引脚产生的中断。,INTE:外部INT引脚中断屏蔽位。l=允许外部INT引脚产生的中断;0=屏蔽外部INT引脚产生的中断。T0IF:TMR0溢出中断标志位。1=TMR0已经发生了溢出;0=TMR0尚未发生溢出。T0IE:TMR0溢出中断屏蔽位。1=允许TMR0溢出后产生的中断;0=屏蔽TMR0溢出后产生的中断。PEIE:外设中断屏蔽位。1=允许CPU响应来自第二梯队的中断请求;0=禁止CPU响应来自第二梯队的中断请求。,GIE:全局中断屏蔽位(总屏蔽位)。1=允许CPU响应所有中断源产生的中断请求;0=禁止CPU响应所有中断源产生的中断请求。第一外围
9、设备中断标志寄存器PIR1 寄存器PIR1也是一个可读可写的寄存器,各位的分布形式如下:,该寄存器中各中断标志位的含义如下:,TMR1IF:定时计数器TMR1模块溢出中断标志位。1=发生了TMR1溢出;0=未发生TMR1溢出。TMR2IF:定时计数器TMR2模块溢出中断标志位。1=发生了TMR2溢出;0=未发生TMR2溢出。CCP1IF:输入捕捉输出比较脉宽调制CCP1模块中断标志位。输入捕捉模式下:1=发生了捕捉中断请求;0=未发生捕捉中断请求。,输出比较模式下:1=发生了比较输出中断请求;0=未发生比较输出中断请求。脉宽调制模式下:无用SSPIF:同步串行端口(SSP)中断标志位。1=发送
10、接收完毕产生的中断请求;0=等待发送接收。TXIF:串行通信接口(SCI)发送中断标志位。1=发送完成,即发送缓冲区空;0=正在发送,即发送缓冲区未空。,RCIF:串行通信接口(SCI)接收中断标志位。1=接收完成,即接收缓冲区满;0=正在准备接收,即接收缓冲区空。ADIF:模拟数字(AD)转换中断标志位。1=发生了AD转换中断;0=未发生AD转换中断。PSPIF:并行端口中断标志位,只有40脚封装型号具备,对于28脚封装型号总保持0。1=并行端口发生了读写中断请求;0=并行端口未发生读写中断请求。,第一外围设备中断屏蔽寄存器PIE1 第一外围设备中断屏蔽寄存器PIEl也是可读写的寄存器,各位
11、的分布形式如下:,该寄存器中包含的中断屏蔽位(使能位)的含义如下:TMR1IE:定时器计数器TMRl模块溢出中断屏蔽位。l开放TMRl溢出发生的中断;0屏蔽TMRl溢出发生的中断。,TMR2IE:定时计数器TMR2溢出中断屏蔽位。1=开放TMR2溢出发生的中断;0=屏蔽TMR2溢出发生的中断。CCP1IE:输入捕捉输出比较脉宽调制CCP1模块中断屏蔽位。1=开放CCP1模块产生的中断请求;0=屏蔽CCP1模块产生的中断请求。SSPIE:同步串行端口(SSP)中断屏蔽位。1=开放SSP模块产生的中断请求;0=屏蔽SSP模块产生的中断请求。,TXIE:串行通信接口(SCI)发送中断屏蔽位。1=开放
12、SCI发送中断请求;0=屏蔽SCI发送中断请求。RCIE:串行通信接口(SCI)接收中断屏蔽位。1=开放SCI接收中断请求;0=屏蔽SCI接收中断请求。ADIE:模拟数字(AD)转换中断屏蔽位。1=开放AD转换器的中断请求;0=屏蔽AD转换器的中断请求。PSPIE:并行端口中断屏蔽位,只有40脚封装型号具备,对于28脚封装型号总保持0。,1=开放并行端口读写发生的中断请求;0=屏蔽并行端口读写发生的中断请求。第二外围设备中断标志寄存器PIR2 第二外围设备中断标志寄存器PIR2也是一个可读写的寄存器,各位的分布形式如下:,各位的含义如下:CCP2IF:输入捕捉输出比较脉宽调制CCP2模块中断标
13、志位。,输入捕捉模式下:1=发生了捕捉中断请求(必须用软件清0);0=未发生捕捉中断请求。输出比较模式下:1=发生了比较输出中断请求(必须用软件清0);0=未发生比较输出中断请求。脉宽调制模式下:无用BCLIF:I2C总线冲突中断标志。当同步串行端口MSSP被配置成I2C总线的主控器模式时:1=发生了总线冲突;0=未发生总线冲突。,EEIF:EEPROM写操作中断标志位。1=写操作已经完成(必须用软件清0);0=写操作未完成或尚未开始进行。第二外围设备中断屏蔽寄存器PIE2 PIE2各位的分布形式如下:,CCP2IE:输入捕捉输出比较脉宽调制CCP2模块中断屏蔽位。1=开放CCP2模块产生的中
14、断请求;0=屏蔽CCP2模块产生的中断请求。,EEIE:EEPROM写操作中断屏蔽位。1=开放EEPROM写操作产生的中断请求;0=屏蔽EEPROM写操作产生的中断请求。8.5 中断的处理 单片机复位后,硬件会自动设置GIE=0,屏蔽所有的中断源,假如要求单片机能响应所有中断,必须设置GIE=1。其实无论GIE或着其他中断屏蔽位是否为1,当某中断源的中断条件满足时,都会发出中断请求,即相应的中断标志位都会置1。但是否能够得到CPU的响应,则由该中断源的中断屏蔽位决定。,CPU响应中断后,自动设置GIE=0,屏蔽所有中断,以免发生重复中断响应,然后自动把PC寄存器当前值压入堆栈,并把PC值赋予地
15、址0004H,从而转向执行中断服务子程序。进入中断服务程序后,程序必须要确定发出请求的中断源,这可以通过检查各中断源的标志位来实现。确定了中断源后,就用软件把该中断源的标志位清0,否则,执行中断返回指令重开中断后,假如中断标志位仍然为1,则会引起CPU重复响应同一个中断请求。,执行中断返回指令RETFIE后,不仅会将保留在堆栈中的断点地址弹回到PC寄存器中,使程序能返回到被中断的程序处;而且还会自动设置GIE=1,重新开放所有的中断源。8.5.1 中断的现场保护问题 中断现场保护是中断技术中十分重要的环节。在进入中断服务子程序期间,堆栈中只能保存返回地址(程序计数器PC的值)。若要保留其他寄存
16、器的内容,怎么办?由于PIC的指令系统中没有PUSH(入栈)和POP(出栈)之类的指令,所以用户要编制一段程序来实现现场保护的功能。,因为是由用户程序来实现现场保护,而程序的执行中最敏感的寄存器无非就是W寄存器和STATUS寄存器,所以应该首先把这两个寄存器保护起来,然后再去保存其他的寄存器。PIC单片机中,中断现场数据是不能保留到堆栈区域中的,而是保留在RAM存储器单元中,一般是保留在通用寄存器中。在PIC中,现场保护是很麻烦的事。因为中断是随机发生的,不管程序执行到哪一步,也不管程序所选择的RAM的当前体是哪一个,更不管主程序目前在程序存储器那个页面,中断请求及其中断响应都有可能发生。,在
17、中断现场保护过程中,首先要保存的是累加器W,这是因为PIC单片机,是不可以在不同的文件寄存器之间(RAM单元之间)直接传送数据的,必须要经W中转才能实现,所以首先要把W寄存器保存,才可以备份其他的寄存器比如STATUS。在保存W寄存器时,要确定主程序目前处在的RAM存储器的那个体中是十分困难的。虽然可以通过读取STATUS寄存器的rp0rp1位得到当前体,但是也是十分麻烦的。假设在RAM的bank0的20H上定义一个W的临时备份寄存器,通常取名为 W_TEMP。,当利用MOVWF W_TEMP命令,企图将W 中的内容保存到W_TEMP中时,往往会出现问题,因为此时保存的内容不一定是在bank0
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