中断概念与多语言编程

所谓中断，就是计算机为提高运行效率而采用的一种方式。例如对一个变量，当它发生状态改变时，就要立即进行处理。为此就必须时刻查询这个变量的状态。例如，例4-37中，对定时器T/C0的溢出标志位TF0必须不间断地查询它的状态。但这样做就要浪费计算机大量的运行时间，很显然这是我们不希望的。而采用中断方式，就可以有效地克服这种缺点。当一个变量一旦发生要求的改变时，计算机立即自动触发中断，转向一段服务程序，执行完成后，自动返回主程序的原断点继续运行。这就不必要时刻查询这个变量的状态，在不发生改变时，可以放心让机器做其他工作。这样就解放了计算机的大量能力，提高了运行效率。

1.有关中断的设置

（1）选择中断源

8051系列单片机的中断机制，共设置有5种中断源，见表4-7。

表4-7　5种中断源

（2）设置寄存器

与中断执行有关的SFR有两个，即中断允许寄存器IE和中断优先级寄存器IP。

1）中断允许寄存器IE。

复位后，IE=0x00，禁止一切中断。各位状态的设置如下：

①EA为总允许位。若EA=0，禁止一切中断；EA=1，允许中断。

②×表示无效，是保留位。

③ET2为定时器2中断允许位。若ET2=0，此位禁止；ET2=1，此位允许有效（EA=1时）。

④ES为串行口中断允许位。若ES=0，此位禁止；ES=1，此位允许有效（EA=1时）。

⑤ET1为定时器1中断允许位。若ET1=0，此位禁止；ET1=1，此位允许有效（EA=1时）。

⑥EX1为外部中断1允许位。若EX1=0，此位禁止；EX1=1，此位允许有效（EA=1时）。

⑦ET0为定时器0中断允许位。若ET0=0，此位禁止；ET0=1，此位允许有效（EA=1时）。

⑧EX0为外部中断0允许位。若EX0=0，此位禁止；EX0=1，此位允许有效（EA=1时）。

2）中断优先级寄存器IP。

复位后，IP=00H，无优先级，各位状态的设置（该位置“1”，表示优先级为高，清“0”表示优先级为低）如下：

①×表示无效，是保留位。

②PT2为定时器2优先级设置位。PT2=1，优先级为高。

③PS为串行口中断优先级设置位。PS=1，优先级为高。

④PT1为定时器1中断优先级设置位。PT1=1，优先级为高。

⑤PX1为外部中断1优先级设置位。PX1=1，优先级为高。

⑥PT0为定时器0中断优先级设置位。PT0=1，优先级为高。

⑦PX0为外部中断0优先级设置位。PX0=1，优先级为高。

所谓优先级设置，即设置计算机对中断响应的选择权。当几个通道同时发生中断时，计算机只能选择一个通道进行响应，即具有高优先级的通道才能被响应。

当多个高优先级中断发生或无优先级设定时，要按照下面自然优先级响应中断：

（3）中断服务函数定义

在C语言中，若应用中断功能，必须先定义中断服务函数。其一般形式如下：

其中，n是中断号，m是选定的工作寄存器组编号，0～3代表4个工作寄存器。

中断服务函数编程中的规则如下

1）中断函数中，不能有任何参数声明。

2）中断函数不能设返回值。应设为void型。

3）中断函数不能直接调用。

如果在中断函数中调用了其他函数，则被调用函数所用的寄存器组必须与中断函数所用寄存器组相同。

2.【例4-41】　利用定时器T/C0控制灯D0闪烁，定时时间为1s，采用中断方式

（1）确定定时器T/C0各SFR

1）确定TMOD值。选用T/C0为定时器，工作方式选mode 1，即16位定时器，TMOD=0000 0001B=0x01。

2）计算定时常数。项目要求定时时间为1s，选T/C0定时时间为T/C0=0.1s，靠软件重复10次，总定时时间T=10×0.1s=1s。

定时常数T0=65536-（100×10³/2）

=65536-50000

将T0分解为高8位TH0和低8位TL0，为

TH0=15536/256=60=0x3C

TL0=15536-（256×60）=176=0xB0

3）确定TCON值。TR0在程序中设置，其他位为0，TCON=0x00。

4）确定IE值。EA=1，允许总中断。ET0=1允许T/C0中断。其他位为0，IE=1000 0010=0x82。

5）确定IP值。因只有一个中断，可以不设置优先级，仍保持复位状态IP=0x00。

（2）编辑C语言源程序

（3）编译

（4）执行

1）软仿真。

①进入调试，米黄色标志箭头停在第11语句处。

②调出P1状态窗口。

③调出Timer 0窗口。

④调出变量窗口。

⑤连续单击“跟踪”，在语句18等待中断处，令TF0=1，即在Timer 0窗口的TF0处打“√”。单击“跟踪”，程序即跳转到中断服务子函数。

⑥连续单击“跟踪”，由于a+1，a≠5，所以返回主函数继续等待下一次中断。

⑦中断5次，由于a=5，D0取反，a=0。等待下一个5次中断。

通过调试，证明程序达到要求。

2）下载到实验机。执行程序，灯D0闪烁，间隔时间为0.5s。

（5）程序点评

本例采用用T/C0中断方式控制灯闪烁。变量a应为全局变量。不管在主函数或在中断函数中均有效。在变量a信息栏内，因为它不是局部变量，所以单击F2键，才可以观察a的变化。

3.【例4-42】　乐曲编程《生日快乐歌》

（1）乐曲编程简介

对于一个音符，有两个属性：一是音高，即音符对应的音名（频率）；二是时值，即占有的节拍数。对于声音的频率，按定时器T0的工作方式1（16位计数）在P2.7口产生方波，驱动蜂鸣器发声。对于节拍，按延时函数产生，不同的节拍数由不同延时倍率保证。用定时器产生方波，比较准确。对于节拍，准确度要求不高，用延时函数产生是合适的。

要对一首乐曲（主要是歌曲）进行编程，就是将歌曲简谱的每个音符按顺序编辑成两组代码，一组是音符的音高代码，一组是音符的时值代码。节拍按每拍0.5s计算。完成后与程序一齐存入片内存储器。执行程序，即可听到歌曲的演奏声。

也可以将乐曲代码单独存入外部扩展存储器，例如24C02或24C64。开机后立即将乐曲的所有音符代码读入片内RAM，然后执行发音程序。如果片内RAM足够大，也可以开机后直接存入RAM，然后执行。

编程前，第一步将乐曲的简谱写出。第二步将每个音符的音高根据音高表列出编码。第三步按乐曲节拍列出编码。

（2）编辑C语言源程序

1）流程图，如图4-12所示。

图4-12　流程图

2）C语言程序如下：

(www.chuimin.cn)

（3）编译

（4）执行

1）软仿真。

①进入“调试”，调出P2口状态。调出Timer 0。

②连续单击“单步”，执行语句。由于第一个音符≠00，≠15，≠14，直接执行到取TH0/TL0，开Timer 0，取节拍值。在此期间，由T/C0按中断服务函数发音。当节拍延时结束，立即关T/C0，停止发音。完成一个音符，进入下一个音符的提取。如此循环，直到0x14，循环结束。

③若结束符为0x15，则表示继续从头循环发音。若为0x00，则为空拍，不发音，执行空拍后，取下一音符。

2）下载到目标机。执行后，蜂鸣器发出《生日快乐歌》曲调。

（5）程序点评

本例练习乐曲编程。音符的发声由定时器中断产生。中断的定时时间取决于TH0/TL0的数值。即相当于音符的音高。发声的延时时间由节拍决定。本例只列出了两个曲目。有兴趣的读者只需改变tab_1内容（音高），tab_5内容（节拍）即可以练习其他乐曲。

《生日快乐歌》的曲谱及音高节拍编码表分别如图4-13和图4-14所示。

图4-13　《生日快乐歌》曲谱

4.【例4-43】　电子琴练习，

利用目标机的5只键演奏C调“1，2，3，4，5”

（1）编辑C语言源程序

分析电子琴的程序，主要是两部分：5只键的扫描和T/C0中断服务程序。上电即进入键扫描状态，若无键按下，则继续扫描等待。一旦发现有键按下，即进入T/C0初始化。开中断，从对应的键号开始取TH0/TL0，并由中断服务程序发声。当查询到键若未抬起，则继续中断发声。若查询到键已抬起，则返回继续键扫描，等待下次按键。

图4-14　音高/节拍编码表

具体程序如下：

（2）编译

（3）执行

1）软仿真。

①进入“调试”，调出P2口状态。调出Timer 0。

②连续单击”跟踪”，执行语句，由于P2无键按下，key（）子函数的返回值c=0x05，进入循环查键。TR=0，T/C0关闭，系统等待。

③若置P2.0=0，连续单击“单步”，执行语句，由于有键按下，key（）子函数的返回值c=0x00，相当于按下+1键，i=0x00。

④进入键号取值。TH0=0xFC，TL0=0x46，对应于“do”音。

⑤连续单击“单步”，由于开中断，导致Timer 0中断发音。

⑥到达key_ up（），等待键抬起。当键抬起后，TR0=0，关闭Timer 0发音。进入下一轮查键。

通过调试，证明程序可以满足设计要求。

2）下载到目标机执行程序，依次按下+1、-1、H、AD、WR键，发音1、2、3、4、5（do、re、mi、fa、sol）音。

（4）程序点评

本例在实验机建立一个5键电子琴，可以验证电子琴的编程原理。

5.【例4-44】　频率计

若用T/C0做定时器，用T/C1做计数器，当有脉冲输入时，在一定时间内将计数结果保存并显示，就是频率计。下面我们用T/C0作为定时器，用T/C1做计数器，P3.5（T1）作为外触发输入计数脉冲，并用数码管显示结果。

（1）编程

（2）编译

（3）执行

1）软仿真。

①进入软仿真调试状态。米黄色图标指向main（）主函数第1条语句。

②连续单击“单步”向下执行，到if（TF0）停止等待。因为T0未溢出。这时，TH0=0x3C，TL0=0xB0，TH0=0x00，TL0=0x00。调出P3口。

③手动单击P3.5（T1），发下降沿脉冲，即置0，置1，共50次。在T/C1的TL0栏内即显示输入的次数0x32=50，即表示输入50次计数值。

④置TC0的TF0=1，定时器T/C0溢出。程序向下执行，a=TL1=0x32。

⑤单击“单步”，执行send（form[a%10]），因为a=50，a%10=0，传送的实参byte=0xC0。即0的字形码。

⑥单击“单步”，执行send（form[a/10]），因为a=50，a/10=5，传送的实参byte=0x92。即5的字形码。

⑦单击“单步”，向下执行。重置TH0/TL0，开TR0，TR1进入下次测试。

从调试的结果，证明程序正确。

2）下载到目标实验机。若进行硬件部分执行，除主机运行上面程序外，还必须用另一单片机组成一个已知频率的发生器，将计数脉冲输入到主机，然后观察显示结果，应与已知频率相同。

（4）程序点评

本例要求了解定时器既可以做定时器，也可以做计数器。当在一定时间内，计入外部输入的计数脉冲值，就是频率计。此例对理解定时和计数的原理是很合适的。

6.【例4-45】　外部中断练习在外部中断0的输入端P3.2加一个下降沿脉冲，触发外部中断0，控制一个二进制位xbit的状态。xbit的初始状态为0。

（1）外部中断简介

8051单片机本身设有两个外部中断输入端，分别为和。外部中断0的中断服务程序入口的地址为0x0003，外部中断1（）的中断服务程序入口的地址为0x0013。在C语言中中断服务函数可以用下列格式进行声明：

其中，extern表示外部，extern_ int0（void）表示外部中断服务函数的名称，（void）表示此函数无返回值，interrupt 0表示中断编号为0，using 0表示函数放于寄存器0区。为了避免与其他数据相互影响，也可以用using 1，表示函数放于寄存器1区。

外部中断的激活方式（不管是或INT1）有两种：一种是电平激活，另一种是脉冲边沿激活。这两种方式可以靠TCON寄存器的外部中断类型控制位IT0和IT1来控制。当为1时，是后沿触发中断。当为0时，是低电平触发中断。

为了可靠地触发中断，对于后沿触发至少高电平要保持1个机器周期，而下降沿也要至少保持1个机器周期。对于6MHz晶振，高电平保持至少2μs，低电平也至少保持2μs。

（2）编辑C语言源程序

（3）编译

（4）执行

1）软仿真。

①调出P1和P3口状态。

②连续单击“跟踪”，当未产生外部中断0时，xbit=0，P1口不产生变化。

③当置P3.2=0，产生一个下降沿中断，程序转入中断服务函数，xbit=1，中断返回后，导致P1+1产生变化。

若继续产生下降沿中断，则xbit=0，P1口停止变化。如此反复。可以检验外部中断0的效果。

2）下载到实验机。进行如下操作：

若总中断被打开，外部中断0被打开，TCON的IT0=1，若未产生外部中断0，则xbit=0，程序继续循环，P1口不产生变化。

当第1次在P3.2产生一个下降沿时，立即触发外部中断0，并执行中断服务函数，导致xbit=1。P1口的状态产生+1变化。直到再次产生中断，xbit=0为止。

当又产生中断时，xbit=1，P1口的状态再次产生+1变化。直到再次产生中断，xbit=0为止。

这样，就验证了外部中断0的机制。

（5）程序点评

本例验证外部中断机制。用位变量xbit作为引导。当INT0产生下降沿外部中断时，导致xbit取反。当xbit=1，P1+1，即表示外部中断的效果。