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单片机原理及应用教程(C语言版)-第5章MCS-51单片机的中断系统

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单片机原理及应用教程(C语言版)-第5章MCS-51单片机的中断系统

摘要：本文针对MCS-51单片机的中断系统进行了深入研究。首先介绍了中断系统的基本概念和中断处理流程，然后详细阐述了MCS-51单片机中断系统的结构、中断源、中断优先级以及中断服务程序的设计方法。通过实际应用案例，分析了中断系统在单片机应用中的重要作用，并提出了优化中断系统性能的建议。本文内容丰富，结构清晰，对单片机中断系统的学习和应用具有指导意义。

前言：随着微电子技术的飞速发展，单片机在各个领域的应用越来越广泛。中断系统作为单片机的重要组成部分，其性能直接影响着单片机的应用效果。MCS-51单片机因其高性能、低功耗、低成本等特点，被广泛应用于工业控制、智能家居、通信设备等领域。本文旨在通过对MCS-51单片机中断系统的深入研究，为单片机应用开发提供理论支持和实践指导。

一、1.MCS-51单片机中断系统概述

1.1中断系统的基本概念

中断系统是计算机系统中一个重要的组成部分，它允许计算机在执行当前任务的过程中，能够迅速响应来自外部设备或内部事件的请求。在MCS-51单片机中，中断系统负责管理这些请求，使得单片机能够在不同的任务之间灵活切换，提高系统的实时性和响应速度。

中断系统的基本概念涉及中断源、中断请求、中断向量、中断优先级和中断服务程序等多个方面。首先，中断源是指能够产生中断请求的实体，它可以是硬件设备，如定时器、外部中断输入等，也可以是软件事件，如程序运行过程中产生的错误。当中断源产生中断请求时，单片机会暂停当前任务的执行，转而处理中断请求。

在MCS-51单片机中，中断向量是一个重要的概念。它是一个存储在内存中的地址，用于指示中断服务程序的起始地址。当中断请求发生时，单片机会自动将程序计数器PC的值跳转到对应的中断向量地址，从而开始执行中断服务程序。例如，在MCS-51单片机中，外部中断0的中断向量地址是0003H，外部中断1的中断向量地址是000BH，而定时器0中断的中断向量地址是0013H。

中断优先级是另一个关键概念，它决定了当多个中断同时发生时，单片机应该首先响应哪个中断。在MCS-51单片机中，中断优先级由IP（中断优先级寄存器）和IE（中断使能寄存器）两个寄存器控制。通过设置这两个寄存器中的相应位，可以配置中断的优先级。例如，如果将IE寄存器中的ET0位置1，那么定时器0中断将被使能，并且具有高优先级。在实际应用中，合理配置中断优先级对于确保系统稳定运行至关重要。例如，在嵌入式系统中，通常将最关键的任务赋予最高优先级，以确保这些任务能够及时得到处理。

1.2中断处理流程

(1)中断处理流程是单片机在接收到中断请求后，从暂停当前任务到处理完中断请求并恢复到原来任务的连续过程。这个过程可以分为几个关键步骤：中断请求的检测、中断请求的确认、中断向量的获取、中断服务程序的执行以及中断返回。

在MCS-51单片机中，中断请求的检测通常是通过中断控制器完成的。当中断请求信号到来时，中断控制器会检查IP和IE寄存器的设置，以确定是否有中断被使能，并且是否有足够的优先级。例如，如果外部中断0被使能并且其优先级高于其他中断，那么中断控制器将生成一个中断请求信号。

(2)中断请求一旦被确认，单片机将执行以下操作：首先，保存当前程序计数器PC的值，这个值将用于后续的中断返回。接着，根据中断源的地址，从中断向量表中获取对应的中断服务程序入口地址，并将其加载到PC中。在MCS-51单片机中，中断向量表位于程序存储区的低128个字节，其中每个中断源对应一个固定的地址。例如，外部中断0的中断服务程序入口地址通常为0003H。

在执行中断服务程序时，单片机会按照以下步骤操作：首先，执行中断服务程序的入口代码，这些代码负责处理中断事件。然后，中断服务程序会根据具体任务执行相应的操作，如读取外部设备的数据、更新内存中的变量等。在处理完中断事件后，中断服务程序需要执行中断返回指令，这将导致单片机返回到之前保存的程序计数器PC值，从而继续执行被中断的任务。

(3)中断返回是指单片机从中断服务程序返回到被中断的任务的流程。在执行中断返回指令前，中断服务程序需要确保所有相关的寄存器和状态都被正确恢复。中断返回指令通常是RETI（中断返回）指令，它将导致单片机从堆栈中弹出之前保存的程序计数器PC值，并将单片机的状态寄存器PSW恢复到中断发生前的状态。例如，在MCS-51单片机中，外部中断0的中断服务程序在执行完所需操作后，通常