51单片机中断系统详解
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51单片机中断系统详解
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中断的基本概念
什么是中断
中断的作用与优势
51单片机的中断源
中断优先级
51单片机的中断优先级机制
中断源的配置
设置和修改中断优先级的方法
示例代码
高优先级中断抢占低优先级中断
中断使能与禁止
示例代码
定时器中断
定时器/计数器的工作原理
工作方式寄存器TMOD
TMOD 寄存器功能表
工作模式说明
详细解释
控制寄存器 TCON
示例代码
外部中断
外部中断的工作模式
边沿触发与电平触发的区别
优点与缺点
实例：按键检测与去抖动
串行通信中断
串行通信的基本概念
串行口相关寄存器
串行口控制寄存器SCON和PCON
与串行口中断相关的寄存器IE和IPH、IP
发送与接收
初始化串口
发送
接收
中断的基本概念
什么是中断
CPU在处理某一事件A时，发生了另一事件B请求CPU迅速去处理（中断发生），那么CPU就会暂停当前的工作（A事件），去执行B事件（中断响应和中断服务），然后B事件做完之后，再回到原来的事件（A事件）中继续工作。（中断的返回）。
中断的作用与优势
随着计算机技术的应用，人们发现中断技术不仅解决了快速主机与I/O设备的数据传送问题，而且还有具有如下的优点：
分时操作：CPU可以分时为多个I/O设备服务，提高了计算机的利用率。
实时操作：CPU能够及时处理应用系统的随机事件，系统的实时性大大增强。
可靠性高：CPU具有处理设备故障及掉电等突发性事件能力，从而使系统可靠性更高。
51单片机的中断源
外部中断0 (INT0)
外部中断1 (INT1)
定时器/计数器0溢出中断
定时器/计数器1溢出中断
串行口中断
中断优先级
51单片机的中断优先级机制
51单片机支持多个中断源，每个中断源都有其特定的功能和用途。以下是常见的51单片机中断源及其对应的中断向量地址：
中断源
描述
中断向量地址
特殊功能寄存器 (SFR)
外部中断0 (INT0)
外部硬件引脚P3.2上的下降沿或低电平触发
0003H
IE (Interrupt Enable) 寄存器, TCON (Timer/Counter Control) 寄存器
定时器0溢出中断 (TF0)
定时器0计数溢出时触发
000BH
IE 寄存器, TCON 寄存器
外部中断1 (INT1)
外部硬件引脚P3.3上的下降沿或低电平触发
0013H
IE 寄存器, TCON 寄存器
定时器1溢出中断 (TF1)
定时器1计数溢出时触发
001BH
IE 寄存器, TCON 寄存器
串行口中断 (RI/TI)
串行口接收或发送完成时触发
0023H
IE 寄存器, SCON (Serial Control) 寄存器
中断源的配置
每个中断源都需要通过特殊功能寄存器（SFR）进行配置，以启用或禁用相应的中断。主要的SFR包括：
IE (Interrupt Enable) 寄存器：用于全局使能和个别中断源的使能。
TCON (Timer/Counter Control) 寄存器：用于控制定时器和外部中断的状态。
SCON (Serial Control) 寄存器：用于控制串行通信的状态。
例如，要启用外部中断0 (INT0)，可以在程序中添加以下代码：
// 全局中断使能
EA = 1;
// 使能外部中断0
EX0 = 1;
设置和修改中断优先级的方法
中断优先寄存器 IP
位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
功能
/
/
/
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
IP寄存器用于设置每个中断源的优先级。IP寄存器的地址是B8H，其各位定义如下：
位
描述
默认值
功能
PS
串行口中断 (RI/TI) 的优先级
0
0=低优先级, 1=高优先级
PT1
定时器1 (TF1) 的优先级
0
0=低优先级, 1=高优先级
PX1
外部中断1 (INT1) 的优先级
0
0=低优先级, 1=高优先级
PT0
定时器0 (TF0) 的优先级
0
0=低优先级, 1=高优先级
PX0
外部中断0 (INT0) 的优先级
0
0=低优先级, 1=高优先级
示例代码
以下是如何在程序中配置IP寄存器的示例代码：
#include
void main() {
// 将外部中断0 (INT0) 设置为高优先级
IP |= 0x01; // 设置 PX0 位为 1
// 将定时器0 (TF0) 设置为高优先级
IP |= 0x04; // 设置 PT0 位为 1
// 将外部中断1 (INT1) 设置为低优先级
IP &= ~0x02; // 清除 PX1 位
// 将定时器1 (TF1) 设置为低优先级
IP &= ~0x08; // 清除 PT1 位
// 将串行口中断 (RI/TI) 设置为低优先级
IP &= ~0x10; // 清除 PS 位
// 其他初始化代码...
}
高优先级中断抢占低优先级中断
高优先级中断可以抢占低优先级中断：如果当前正在处理一个低优先级中断，而此时发生了高优先级中断，CPU会暂停当前的低优先级中断服务程序（ISR），转而处理高优先级中断。
同级中断不能相互抢占：如果两个中断源具有相同的优先级，那么先发生的中断会被优先处理，后发生的中断需要等待前一个中断处理完毕后才能被响应。
嵌套中断：在某些情况下，可以允许中断嵌套，即在一个中断服务程序中再次进入另一个中断。这通常需要手动管理中断标志位和返回状态。
中断使能与禁止
中断允许寄存器 IE
位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
功能
EA
/
/
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
位
描述
默认值
功能
EA
全局中断使能
0
0=禁止所有中断, 1=允许所有已使能的中断
ES
串行口中断 (RI/TI) 使能
0
0=禁止串行口中断, 1=允许串行口中断
ET1
定时器1 (TF1) 中断使能
0
0=禁止定时器1中断, 1=允许定时器1中断
EX1
外部中断1 (INT1) 使能
0
0=禁止外部中断1, 1=允许外部中断1
ET0
定时器0 (TF0) 中断使能
0
0=禁止定时器0中断, 1=允许定时器0中断
EX0
外部中断0 (INT0) 使能
0
0=禁止外部中断0, 1=允许外部中断0
示例代码
#include
void main() {
// 启用全局中断
EA = 1;
// 启用外部中断0 (INT0)
EX0 = 1;
// 启用定时器0 (TF0) 中断
ET0 = 1;
// 禁用外部中断1 (INT1)
EX1 = 0;
// 禁用定时器1 (TF1) 中断
ET1 = 0;
// 禁用串行口中断 (RI/TI)
ES = 0;
// 其他初始化代码...
}
定时器中断
定时器/计数器的工作原理
STC89C5X 单片机内有两个可编程的定时/计数器 T0、T1 和一个特殊功能定
时器 T2。定时/计数器的实质是加 1 计数器（16 位），由高 8 位和低 8 位两
个寄存器 THx 和 TLx 组成。它随着计数器的输入脉冲进行自加 1，也就是每来一
个脉冲，计数器就自动加 1，当加到计数器为全 1 时，再输入一个脉冲就使计数
器回零，且计数器的溢出使相应的中断标志位置 1，向 CPU 发出中断请求（定时
/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；
如果工作于计数模式，则表示计数值已满。可见，由溢出时计数器的值减去计数
初值才是加 1 计数器的计数值。
上图中的 T0 和 T1 引脚对应的是单片机 P3.4 和 P3.5 管脚。51 单片机定时/
计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。
TMOD 是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；
TCON 是控制寄存器，控制 T0、 T1 的启动和停止及设置溢出标志。
工作方式寄存器TMOD
TMOD寄存器用于配置定时器/计数器的工作模式。TMOD寄存器的地址是89H，其各位定义如下：
位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
功能
GATE
C/T
M1
M0
GATE
C/T
M1
M0
TMOD 寄存器功能表
位
定时器0
定时器1
GATE
门控位（定时器0）
门控位（定时器1）
C/T
定时/计数选择位（定时器0）
定时/计数选择位（定时器1）
M1
工作模式选择位（定时器0）
工作模式选择位（定时器1）
M0
工作模式选择位（定时器0）
工作模式选择位（定时器1）
工作模式说明
模式
M1 M0
描述
定时器0
定时器1
模式0
00
13位定时器/计数器。定时器使用THx的高5位和TLx的低8位，共13位。
支持
支持
模式1
01
16位定时器/计数器。定时器使用THx和TLx的全部16位。
支持
支持
模式2
10
8位自动重装载定时器/计数器。定时器使用TLx的8位，THx作为重装载值。
支持
支持
模式3
11
分裂模式（仅适用于定时器0）。定时器0被拆分为两个独立的8位定时器。
支持
不支持
详细解释
GATE (门控位)：
0：定时器仅由TRx位控制。
1：定时器由INTx引脚和TRx位共同控制。只有当INTx引脚为高电平且TRx为1时，定时器才开始计数。
C/T (定时/计数选择位)：
0：定时器模式，定时器通过内部时钟源进行计数。
1：计数器模式，定时器通过外部引脚（T0或T1）上的电平变化进行计数。
M1, M0 (工作模式选择位)：
00：模式0，13位定时器/计数器。
01：模式1，16位定时器/计数器。
10：模式2，8位自动重装载定时器/计数器。
11：模式3，分裂模式（仅适用于定时器0）。
控制寄存器 TCON
TCON 的低 4 位用于控制外部中断。TCON 的高 4 位用于控制定
时/计数器的启动和中断申请。其格式如下：
位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
功能
TF1
TR1
TF0
TR0
TF1 (定时器1溢出标志)：
0：定时器1未溢出。
1：定时器1已溢出，需要在中断服务程序中手动清除该标志位。
TR1 (定时器1运行控制位)：
0：定时器1停止计数。
1：定时器1开始计数。
TF0 (定时器0溢出标志)：
0：定时器0未溢出。
1：定时器0已溢出，需要在中断服务程序中手动清除该标志位。
TR0 (定时器0运行控制位)：
0：定时器0停止计数。
1：定时器0开始计数。
示例代码
#include
#include
unsigned char keyNum;
void Timer0Init(void){
//为了不干扰定时器1
//TMOD &= 0xF0; //设置定时器模式
//TMOD |= 0x01; //设置定时器模式
TMOD = 0x01;
//TL0低8位，TH0高8位
TL0=64535%256+1;
TH0=64535/256;
//距离65535差1000，一次1us，1000次就是1ms
//TCON配置
TF0 = 0; //清除TF0标志
TR0 = 1; //定时器0开始计时
//中断配置
ET0=1; //enable time0 interrupt
EA=1; //enable global interrupt switch
PT0=0;//低优先级
}
void main()
{
P2=0xFE;
Timer0Init();
while(1)
{
}
}
void Timer0_Routine() interrupt 1{
static unsigned int c = 0;
TL0=64535%256+1;
TH0=64535/256;
c++;
//500ms
if(c>=500){
c=0;
//循环左移
P2=_crol_(P2,1); //LED输出
}
}
外部中断
外部中断的工作模式
51单片机支持两个外部中断源：外部中断0 (INT0) 和外部中断1 (INT1)。外部中断可以通过外部引脚（P3.2和P3.3）上的电平变化或边沿信号来触发。
通过配置TCON (Timer/Counter Control) 寄存器中的IT0和IT1位，可以选择外部中断的触发方式。
位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
功能
TF1
TR1
TF0
TR0
IE1
IT1
IE0
IT0
位
描述
默认值
功能
IE1
外部中断1触发标志
0
0=未触发, 1=已触发（需手动清除）
IT1
外部中断1触发方式选择
0
0=电平触发, 1=边沿触发
IE0
外部中断0触发标志
0
0=未触发, 1=已触发（需手动清除）
IT0
外部中断0触发方式选择
0
0=电平触发, 1=边沿触发
IE0 和 IE1：外部中断触发标志位，由硬件自动设置，需要在中断服务程序中手动清除。
IT0 和 IT1：外部中断触发方式选择位，用于选择电平触发或边沿触发。
边沿触发与电平触发的区别
特性
边沿触发
电平触发
触发条件
下降沿（高到低）
低电平
触发次数
一次边沿变化触发一次中断
只要引脚保持低电平，中断会持续触发
抗干扰能力
较强，适合快速脉冲信号
较弱，容易受到噪声影响
应用场景
按键检测、脉冲计数
长时间低电平信号检测
优点与缺点
边沿触发：
优点：抗干扰能力强，适合检测快速变化的信号，如按键按下或释放。
缺点：对边沿信号的精确度要求较高，可能会错过短脉冲。
电平触发：
优点：适用于长时间低电平信号的检测，如传感器输出。
缺点：容易受到噪声干扰，可能导致多次触发。
实例：按键检测与去抖动
#include
// 定义延时函数
void delay_ms(unsigned int ms) {
unsigned int i, j;
for (i = 0; i < ms; i++) {
for (j = 0; j < 1275; j++);
}
}
// 按键状态变量
volatile bit key_pressed = 0;
// 外部中断0中断服务程序
void ExternalInterrupt0_ISR(void) interrupt 0 {
// 去抖动处理
delay_ms(10); // 延时10ms
if (P3_2 == 0) { // 再次检查按键是否仍然处于低电平
key_pressed = 1; // 设置按键按下标志
}
// 清除外部中断0触发标志
IE0 = 0;
}
void main() {
// 配置外部中断0为边沿触发方式
IT0 = 1;
// 启用外部中断0中断
EX0 = 1;
// 启用全局中断
EA = 1;
// 主循环
while (1) {
if (key_pressed) {
// 处理按键按下事件
key_pressed = 0; // 清除按键按下标志
// 执行按键按下后的操作
// 例如：点亮LED、发送数据等
P1_0 = ~P1_0; // 切换P1.0引脚电平（模拟LED闪烁）
// 延时一段时间，防止按键被多次检测
delay_ms(200);
}
}
}
串行通信中断
串行通信的基本概念
STC89C51RC/RD+系列单片机内部集成有一个功能很强的全双工串行通信口，与传统8051
单片机的串口完全兼容。设有2个互相独立的接收、发送缓冲器，可以同时发送和接收数据�。
发送缓冲器只能写入而不能读出，接收缓冲器只能读出而不能写入，，因而两个缓冲器可以共
用一个地址码（99H）。两个缓冲器统称串行通信特殊功能寄存器SBUF。
串行通信设有4种工作方式，其中两种方式的波特率是可变的，另两种是固定的，以供不
同应用场合选用。波特率由内部定时器/计数器产生，用软件设置不同的波特率和选择不同的
工作方式。主机可通过查询或中断方式对接收/发送进行程序处理，使用十分灵活。
STC89C51RC/RD+系列单片机串行口对应的硬件部分对应的管脚是P3.0/RxD和P3.1/TxD。
STC89C51RC/RD+系列单片机的串行通信口，除用于数据通信外，还可方便地构成一个或
多个并行I/O口，或作串—并转换，或用于扩展串行外设等
串行口相关寄存器
串行口控制寄存器SCON和PCON
STC89C51RC/RD+系列单片机的串行口设有两个控制寄存器：串行控制寄存器SCON和波
特率选择特殊功能寄存器PCON。
串行控制寄存器SCON用于选择串行通信的工作方式和某些控制功能。
其格式如下：
SCON : 串行控制寄存器 (可位寻址)
位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
功能
SM0/FE
SM1
SM2
REN
TB8
RB8
TI
RI
位
描述
默认值
功能
SM0
串行口工作模式选择（高）
0
与SM1一起选择串行口的工作模式
SM1
串行口工作模式选择（低）
0
与SM0一起选择串行口的工作模式
SM2
多机通信控制位
1
仅在模式2和模式3中有效，用于多机通信
REN
接收允许位
0
0=禁止接收, 1=允许接收
TB8
第9位发送数据
0
仅在模式2和模式3中有效，表示第9位发送数据
RB8
第9位接收数据
0
仅在模式2和模式3中有效，表示第9位接收数据
TI
发送中断标志
0
0=未完成, 1=已完成（需手动清除）
RI
接收中断标志
0
0=未完成, 1=已完成（需手动清除）
模式
SM0 SM1
描述
波特率
应用场景
模式0
0 0
同步移位寄存器模式
固定波特率
适用于简单的并行到串行转换
模式1
0 1
8位UART模式
可变波特率
适用于标准异步串行通信
模式2
1 0
9位UART模式，固定波特率
固定波特率
适用于多机通信
模式3
1 1
9位UART模式，可变波特率
可变波特率
适用于多机通信和复杂通信协议
PCON : 电源控制寄存器 (不可位寻址)
位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
功能
SMOD
SMOD0
POF
GF1
GF0
PD
IDL
SMOD：波特率选择位。当用软件置位SMOD，即SMOD=1，则使串行通信方式1、2、3的波
特率加倍；SMOD=0，则各工作方式的波特率加倍。复位时SMOD=0。
SMOD0：帧错误检测有效控制位。当SMOD0=1，SCON寄存器中的SM0/FE位用于FE(帧错误
检测)功能；当SMOD0=0，SCON寄存器中的SM0/FE位用于SM0功能,和SM1一起指
定串行口的工作方式。复位时SMOD0=0
与串行口中断相关的寄存器IE和IPH、IP
串行口中断允许位ES位于中断允许寄存器IE中，中断允许寄存器的格式如下：
IE : 中断允许寄存器 (可位寻址)
位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
功能
EA
/
ET2
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
EA : CPU的总中断允许控制位，EA=1，CPU开放中断，EA=0，CPU屏蔽所有的中断申请。
EA的作用是使中断允许形成多级控制。即各中断源首先受EA控制;其次还受各中断源自
己的中断允许控制位控制。
ES : 串行口中断允许位，ES=1，允许串行口中断，ES=0，禁止串行口中断。
串行口中断优先级控制位PS/PSH位于中断优先级控制寄存器IP/IPH中，中断优先级控制寄
存器的格式如下：
IPH: 中断优先级控制寄存器高(不可位寻址)
位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
功能
PX3H
PX2H
PT2H
PSH
PT1H
PX1H
PT0H
PX0H
IP : 中断优先级控制寄存器低 (可位寻址)
位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
功能
PT2
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
PSH, PS: 串口1中断优先级控制位。
当PSH=0且PS=0时，串口1中断为最低优先级中断(优先级0)
当PSH=0且PS=1时，串口1中断为较低优先级中断(优先级1)
当PSH=1且PS=0时，串口1中断为较高优先级中断(优先级2)
当PSH=1且PS=1时，串口1中断为最高优先级中断(优先级3)
发送与接收
初始化串口
void UartInit() //9600bps@11.0592MHz
{
PCON &= 0x7F; //设置波特率不倍速
SCON = 0x50; //设置为8位数据,可变波特率
TMOD &= 0x0F; //清除定时器1模式位
TMOD |= 0x20; //设定定时器1为8位自动重装方式
TL1 = 0xFD; //设定定时初值
TH1 = 0xFD; //设定定时器重装值
TR1 = 1; //启动定时器1
ET1 = 0; //禁止定时器1中断
EA=1; //开启总中断
ES=1; //开启串口中断
}
发送
我们可以通过把数据给SBUF寄存器，他就会给我们发送出去，我们可以通过他来实现发送函数
发送函数代码如下：
void Uartsend(unsigned char byte) //定义一个函数，用于发送一个字节的数据
{
SBUF = byte; //将要发送的数据（byte）写入到发送缓冲区（SBUF）
while(TI == 0); //等待数据发送完成，发送完成后，硬件会将TI置1
TI = 0; //数据发送完成后，通过软件将TI清零
}
接收
接收，我们使用中断来接收，接收到的数据存储在SBUF寄存器里面
串口的接收在函数后面加interrupt 4即可，表示这个接收中断使用他
void UART_ISR() interrupt 4 //定义一个中断服务程序，用于处理串口中断，中断号为4
{
if(RI==1) //如果接收中断标志位RI为1，表示接收到数据
{
Uartsend(SBUF); //调用Uartsend函数，将接收到的数据（存储在SBUF中）发送出去
RI=0; //数据发送完成后，通过软件将接收中断标志位RI清零
}
}