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6.6 单片机中断系统

中断的产生背景

请设想这样一个场景:此刻我正在厨房用煤气烧一壶水,而烧开一壶水刚好需要10分钟,我是一个主体,烧水是一个目的,而且我只能时时刻刻在这里烧水,因为一旦水开了,溢出来浇灭煤气的话,有可能引发一场灾难。但就在这个时候呢,我又听到了电视里传来《天龙八部》的主题歌,马上就要开演了,我真想夺门而出,去看我最喜欢的电视剧。然而,听到这个水壶发出的“咕嘟”的声音,我清楚:除非等水烧开了,否则我是无法享受我喜欢的电视剧的。

这里边主体只有一个我,而我要做的有两件事情,一个是看电视,一个是烧水,而电视和烧水是两个独立的客体,它们是同时进行的。其中烧水需要10分钟,但不需要了解烧水的过程,只需要得到水烧开的这样一个结果就行了,提下水壶和关闭煤气只需要几秒的时间而已。所以我们采取的办法就是:烧水的时候,定上一个闹钟,定时10分钟,然后我就可以安心看电视了。当10分钟时间到了,闹钟响了,此刻水也烧开了,我就过去把煤气灭掉,然后继续回来看电视就可以了。

这个场景和单片机有什么关系呢?

在单片机的程序处理过程中也有很多类似的场景,当单片机正在专心致志的做一件事情(看电视)的时候,总会有一件或者多件紧迫或者不紧迫的事情发生,需要我们去关注,有一些需要我们停下手头的工作去马上去处理(比如水开了),只有处理完了,才能回头继续完成刚才的工作(看电视)。这种情况下单片机的中断系统就该发挥它的强大作用了,合理巧妙的利用中断,不仅可以使我们获得处理突发状况的能力,而且可以使单片机能够“同时”完成多项任务。

定时器中断的应用

在第五章我们学过了定时器,而实际上定时器一般用法都是采取中断方式来做的,我是故意在第五章用查询法,就是使用 if(TF0==1)这样的语句先用定时器,目的是明确告诉同学们,定时器和中断不是一回事,定时器是单片机模块的一个资源,确确实实存在的一个模块,而中断,是单片机的一种运行机制。尤其是初学者们,很多人会误以为定时器和中断是一个东西,只有定时器才会触发中断,但实际上很多事件都会触发中断的,除了“烧水”,还有“有人按门铃”,“来电话了”等等。

标准51单片机中控制中断的寄存器有两个,一个是中断使能寄存器,另一个是中断优先级寄存器,这里先介绍中断使能寄存器,如表6-1和表6-2所示。随着一些增强型51单片机的问世,可能会有增加的寄存器,大家理解了我们这里所讲的,其它的通过自己研读数据手册就可以理解明白并且用起来了。

表6-1 IE——中断使能寄存器的位分配(地址 0xA8、可位寻址)

7 6 5 4 3 2 1 0
符号 EA ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0
复位值 0 0 0 0 0 0 0

表 6-2 IE——中断使能寄存器的位描述

符号 描述
7 EA 总中断使能位,相当于总开关
6
5 ET2 定时器2中断使能
4 ES 串口中断使能
3 ET1 定时器1中断使能
2 EX1 外部中断1使能
1 ET0 定时器0中断使能
0 EX0 外部中断0使能

中断使能寄存器 IE 的位0~5控制了6个中断使能,而第6位没有用到,第7位是总开关。总开关就相当于我们家里或者学生宿舍里的那个电源总闸门,而0~5位这6个位相当于每个分开关。那么也就是说,我们只要用到中断,就要写 EA = 1 这一句,打开中断总开关,然后用到哪个分中断,再打开相对应的控制位就可以了。

我们现在就把前面的数码管动态显示的程序改用中断再实现出来,同时数码管显示抖动和“鬼影”也一并处理掉了。程序运行的流程跟图6-1所示的流程图是基本一致的,但因为加入了中断,所以整个流程被分成了两部分,秒计数和转换为数码管显示字符的部分还留在主循环内,而动态扫描部分则移到了中断函数内,并加入了消隐的处理。下面来看程序:

#include <reg52.h>
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
unsigned char code LedChar[] = { //数码管显示字符转换表
0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
};
unsigned char LedBuff[6] = { //数码管显示缓冲区,初值 0xFF 确保启动时都不亮
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};
unsigned char i = 0;  //动态扫描的索引
unsigned int cnt = 0;  //记录 T0 中断次数
void main(){
unsigned long sec = 0;  //记录经过的秒数
EA = 1;  //使能总中断
ENLED = 0;  //使能 U3,选择控制数码管
ADDR3 = 1;  //因为需要动态改变 ADDR0-2 的值,所以不需要再初始化了
TMOD = 0x01;  //设置 T0 为模式1
TH0 = 0xFC;  //为 T0 赋初值 0xFC67,定时 1 ms
TL0 = 0x67;
ET0 = 1;  //使能 T0 中断
TR0 = 1;  //启动 T0
while (1){
if (cnt >= 1000){  //判断 T0 溢出是否达到1000次
cnt = 0;  //达到1000次后计数值清零
sec++;  //秒计数自加1
//以下代码将 sec 按十进制位从低到高依次提取并转为数码管显示字符
LedBuff[0] = LedChar[sec%10];
LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];
LedBuff[2] = LedChar[sec/100%10];
LedBuff[3] = LedChar[sec/1000%10];
LedBuff[4] = LedChar[sec/10000%10];
LedBuff[5] = LedChar[sec/100000%10];
}
}
}
/* 定时器0中断服务函数 */
void InterruptTimer0() interrupt 1{
TH0 = 0xFC;  //重新加载初值
TL0 = 0x67;
cnt++;  //中断次数计数值加1
//以下代码完成数码管动态扫描刷新
P0 = 0xFF;
//显示消隐
switch (i){
case 0: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[0]; break;
case 1: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[1]; break;
case 2: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[2]; break;
case 3: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[3]; break;
case 4: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[4]; break;
case 5: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=1; i=0; P0=LedBuff[5]; break;
default: break;
}
}

大家可以先把程序抄下来,编译下载到单片机里运行,看看实际效果。是否可以看到,近乎完美的显示效果经过我们的努力终于做成功了。下面我们还要再来解析一下这个程序。

在这个程序中,有两个函数,一个是主函数,一个是中断服务函数。主函数 main()我们就不用说了,重点强调一下中断服务函数,它的书写格式是固定的,首先中断函数前边 void 表示函数返回空,即中断函数不返回任何值,函数名是 InterruptTimer0(),这个函数名在符合函数命名规则的前提下可以随便取,我们取这个名字是为了方便区分和记忆,而后是 interrupt 这个关键字,一定不能错,这是中断特有的关键字,另外后边还有个数字1,这个数字1怎么来的呢?我们先来看表6-3。

表6-3 中断查询序列

中断函数编号 中断名称 中断标志位 中断使能位 中断向量地址 默认优先级
0 外部中断0 IE0 EX0 0x0003 1(最高)
1 T0 中断 TF0 ET0 0x000B 2
2 外部中断1 IE1 EX1 0x0013 3
3 T1 中断 TF1 ET1 0x001B 4
4 UART 中断 TI/RI ES 0x0023 5
5 T2 中断 TF2/EXF2 ET2 0x002B 6

这个表格同样不需要大家记住,需要的时候过来查就可以了。我们现在看第二行的 T0 中断,要使能这个中断那么就要把它的中断使能位 ET0 置1,当它的中断标志位 TF0 变为1时,就会触发 T0 中断了,那么这时就应该来执行中断函数了,单片机又怎样找到这个中断函数呢?靠的就是中断向量地址,所以 interrupt 后面中断函数编号的数字 x 就是根据中断向量得出的,它的计算方法是 x*8+3=向量地址。当然表中都已经给算好放在第一栏了,我们可以直接查出来用就行了。到此为止,中断函数的命名规则我们就都搞清楚了。

中断函数写好后,每当满足中断条件而触发中断后,系统就会自动来调用中断函数。比如我们上面这个程序,平时一直在主程序 while(1)的循环中执行,假如程序有100行,当执行到50行时,定时器溢出了,那么单片机就会立刻跑到中断函数中执行中断程序,中断程序执行完毕后再自动返回到刚才的第50行处继续执行下面的程序,这样就保证了动态显示间隔是固定的 1 ms,不会因为程序执行时间不一致的原因导致数码管显示的抖动了。

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