外部中断理论部分

Tutorial: 电子电路 Category: 嵌入式 Published: 2026-08-29 08:09:36 Views: 0 Likes: 0 Comments: 0

037.4.1 外部中断理论部分

#include "reg52.h"
#include <intrins.h>

typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;

sbit LED1 = P1^0;
sbit LED2 = P1^1;

void Delay_xms(uint xms) // @11.0592MHz
{
    uchar data i, j;

    while (xms)
    {
        _nop_();
        i = 2;
        j = 199;
        do
        {
            while (--j);
        } while (--i);
        xms--;
    }
}

void main()
{
    IT0 = 1; //配置外部中断0为下降沿触发
    EX0 = 1; //打开外部中断0允许位
    IT1 = 1; //配置外部中断1为下降沿触发
    EX1 = 1; //打开外部中断1允许位

    EA = 1; //开总允许中断

    while (1)
    {
        Delay_xms(1000);
    }
}

void Int0_Routine(void) interrupt 0 //外部中断0 触发函数    注意是interrupt 0
{
    Delay_xms(10);
    LED1 = ~LED1;
}

void Int1_Routine(void) interrupt 2 //外部中断1 触发函数    注意是interrupt 2
{
    Delay_xms(10);
    LED2 = ~LED2;
}

一、外部中断理论部分

51 单片机的常用中断包括外部中断、定时器中断和串口中断。中断的核心作用不是让 CPU 同时执行两段程序，而是让 CPU 在主程序运行期间，能够暂停当前任务，优先处理突发事件，处理完成后再返回断点继续执行。

本节使用 STC89C52RC 的外部中断 0 和外部中断 1控制两个 LED。实验现象与轮询按键相同，都是“按一次改变一次灯的状态”，但 CPU 发现按键事件的方式不同：

轮询方式：主程序主动反复读取按键
中断方式：中断硬件监视引脚，事件发生后通知 CPU 执行中断服务程序

中断能显著改善长延时期间的事件响应，但要准确理解它的能力：本程序的 Delay_xms(1000) 仍是占用 CPU 的忙等待，并没有因为使用中断而节省这 1 秒的计算时间；外部中断只是能够在延时循环执行期间暂时打断它，避免 CPU 必须等到延时结束才读取按键。若要真正降低 CPU 占用，应进一步使用定时器、状态机或空闲／掉电模式。

1.1 实验演示

实验使用开发板上的 SW3、SW4 和 LED1、LED2：

SW3 ──► P3.2 / INT0 ──► interrupt 0 ──► LED1（P1.0）翻转
SW4 ──► P3.3 / INT1 ──► interrupt 2 ──► LED2（P1.1）翻转

两只按键的一端分别连接 P3.2、P3.3，另一端接 GND。P3 口复位后具有内部弱上拉，因此按键松开时引脚为高电平，按下时被开关拉到低电平。按下瞬间产生的 1 → 0 变化就是下降沿，可用于触发外部中断。

1.1.1 烧录之前写好的外部中断代码

打开配套代码中的 4.1外部中断_实验演示 工程，编译后在 Objects 目录生成 HEX 文件，再通过烧录软件下载到 STC89C52RC。烧录前应核对以下内容：

当前打开的是 4.1 外部中断工程，而不是前面的按键轮询工程。
工程编译无错误，Objects 中 HEX 文件的生成时间与本次编译一致。
烧录软件选择了正确的芯片型号、串口和下载文件。
开发板与下载器共地，下载完成后重新上电运行。

代码在进入无限循环之前先完成中断初始化：

IT0 = 1;
EX0 = 1;
IT1 = 1;
EX1 = 1;
EA  = 1;

这五个符号均由 reg52.h 映射到特殊功能寄存器中的某一位。它们不是五个普通变量，而是直接控制芯片内部中断硬件的位地址。

1.1.2 外部中断实验演示

程序运行后：

按一下 SW3，P3.2 上出现下降沿，外部中断 0 被请求，LED1 状态翻转。
再按一下 SW3，LED1 再次翻转。
按一下 SW4，P3.3 上出现下降沿，外部中断 1 被请求，LED2 状态翻转。
主程序即使正在执行 Delay_xms(1000)，外部中断仍可在当前机器指令结束后获得响应。

按键与中断引脚的实际电路为：

                   P3 口内部弱上拉
                         │
                        VCC
                         │
P3.2 / INT0 ─────────────●──── SW3 ──── GND
P3.3 / INT1 ─────────────●──── SW4 ──── GND

松开：内部弱上拉使引脚为 1
按下：开关闭合，引脚由 1 变 0，产生下降沿
释放：开关断开，引脚由 0 变 1，产生上升沿

源程序设置 IT0 = 1、IT1 = 1，所以只在按下产生的下降沿申请中断，释放按键产生的上升沿不会触发本例的外部中断。

机械按键在闭合和断开时会抖动，一个肉眼看来只有一次的按下动作，电气上可能产生多个下降沿。中断函数中的 10 ms 延时是一种简单的演示性消抖，但它没有等待按键完全释放，也会延长中断服务时间。更稳妥的工程做法是让外部中断只记录事件或暂时屏蔽该中断，再由定时器在若干毫秒后确认按键电平并恢复中断。

1.1.3 外部中断代码演示

主循环只执行 1 秒延时，没有查询 P3.2 或 P3.3：

while (1)
{
    Delay_xms(1000);
}

当 INT0 或 INT1 产生有效下降沿时，CPU 暂停延时函数，跳转到相应的中断服务程序：

void Int0_Routine(void) interrupt 0
{
    Delay_xms(10);
    LED1 = ~LED1;
}

void Int1_Routine(void) interrupt 2
{
    Delay_xms(10);
    LED2 = ~LED2;
}

LED1 = ~LED1 和 LED2 = ~LED2 对单独的位变量取反，使低电平有效的 LED 在亮、灭之间切换。中断服务程序结束后，Keil C51 编译器生成 RETI 中断返回指令，CPU 回到被打断的 Delay_xms() 内部继续运行。

中断响应并不是“完全不影响主程序时间”。中断服务程序执行期间，主程序处于暂停状态，所以这 10 ms 消抖及进出中断的时间会叠加到主循环这次延时的实际墙钟时间中。中断的优势是响应及时，而不是让 ISR 的执行时间凭空消失。

1.2 中断原理

一个中断请求要真正进入中断服务程序，必须同时满足以下条件：

中断事件成立
      │
      ▼
请求标志位置 1
      │
      ├── 本中断允许位 = 1
      ├── 总允许位 EA = 1
      └── 当前优先级允许响应
              │
              ▼
        CPU 跳转到中断向量
              │
              ▼
         执行中断服务程序

可以把中断响应条件简化为：

能够响应 = 请求标志 × 本地允许 × EA总允许 × 优先级条件满足

任意一项为 0，CPU 都不会进入相应的中断服务程序。例如只写 EX0 = 1 而忘记 EA = 1，INT0 即使检测到下降沿也不会被 CPU 响应。

1.2.1 中断原理分析

用“打游戏时水壶响了”理解中断，可以对应为：

生活场景	单片机场景
正在打游戏	CPU 正在执行 `while (1)` 主程序
水壶响了	中断源产生请求
暂停游戏并记住进度	完成当前指令，把返回地址压入堆栈
去倒水	执行中断服务程序 ISR
倒完水回来	执行 `RETI`
从暂停位置继续游戏	从主程序断点继续运行

更准确的硬件流程如下：

中断源产生请求并置位相应标志。
CPU 完成当前正在执行的机器指令，不会在一条指令执行到一半时跳走。
中断控制器检查本地允许位、EA、当前中断状态和优先级。
CPU 把返回地址 PC 压入堆栈，并装载对应的中断向量地址。
Keil C51 生成的 ISR 入口代码保存本函数需要使用的工作寄存器。8051 硬件并不会自动保存所有通用寄存器。
执行中断服务程序。
恢复保存的寄存器并执行 RETI，从断点继续主程序。

RETI 不能简单换成普通函数返回指令 RET。两者虽然都会从堆栈恢复 PC，但 RETI 还会通知中断控制器“当前中断服务已经结束”，解除相应的中断优先级占用状态。

中断服务程序应尽量短：读取或清除必要标志、保存少量数据、设置事件标志后立即返回。长延时、等待按键释放、大量打印和复杂计算都会延迟其他中断，严重时会造成数据丢失或系统实时性下降。

1.3 实现过程

STC89C52RC 的中断实现可以按四步理解：

确定使用哪个中断源及其触发条件。
配置触发方式、清理可能遗留的请求标志。
打开本中断允许位，最后打开 EA。
编写与中断编号匹配的中断服务程序。

1.3.1 中断源

STC89C52 系列提供 8 个中断源。前五项是传统 8051 学习中最常用的外部中断、定时器和串口中断，STC89C52 还包括定时器 2以及扩展外部中断 2、3。

查询顺序／C51中断号	中断源	产生请求的条件	请求标志	本地允许位	中断向量
0	INT0，外部中断0	P3.2 下降沿或低电平	`IE0`	`EX0`	`0003H`
1	Timer0	T0 溢出	`TF0`	`ET0`	`000BH`
2	INT1，外部中断1	P3.3 下降沿或低电平	`IE1`	`EX1`	`0013H`
3	Timer1	T1 溢出	`TF1`	`ET1`	`001BH`
4	UART	发送完成或接收完成	`TI` 或 `RI`	`ES`	`0023H`
5	Timer2	T2 溢出或 T2EX 事件	`TF2` 或 `EXF2`	`ET2`	`002BH`
6	INT2，外部中断2	P4.3 下降沿或低电平	`IE2`	`EX2`	`0033H`
7	INT3，外部中断3	P4.2 下降沿或低电平	`IE3`	`EX3`	`003BH`

表中的 0～7 同时是同一优先级下的固定查询顺序和 Keil C51 的 interrupt n 编号。数字越小，同一时刻、同一优先级的多个请求中越先被查询。它不是用户配置的优先级等级；真正的可编程优先级由 IP、IPH 和 XICON 中的优先级位决定。

外部中断的两种触发方式如下：

`ITx`	触发方式	特点
`0`	低电平触发	INTx 只要保持低电平，请求条件就持续存在；ISR 返回前应确保外部信号已经释放，否则可能再次进入中断
`1`	下降沿触发	只记录一次 `1 → 0` 变化；适合本节按键演示，但需要考虑按键抖动产生多个边沿

INT0、INT1 的触发位是 TCON.IT0、TCON.IT1；INT2、INT3 的触发位是 XICON.IT2、XICON.IT3。

1.3.2 中断触发函数

每个中断源都有固定向量和固定 C51 中断编号：

void Int0_Routine(void)   interrupt 0; // INT0
void Timer0_Routine(void) interrupt 1; // 定时器0
void Int1_Routine(void)   interrupt 2; // INT1
void Timer1_Routine(void) interrupt 3; // 定时器1
void UART_Routine(void)   interrupt 4; // 串口
void Timer2_Routine(void) interrupt 5; // 定时器2
void Int2_Routine(void)   interrupt 6; // INT2
void Int3_Routine(void)   interrupt 7; // INT3

因此，外部中断 1虽然名称中带有数字 1，C51 声明却必须使用 interrupt 2，因为查询序列中还有一个 Timer0 位于 INT0 和 INT1 之间。interrupt 2 表示第三个中断向量 0013H，并不表示“优先级为 2”。函数名可以自行命名，interrupt n 后面的编号必须正确。

多个中断同时出现时先比较可编程优先级。STC89C52 每个中断源可由一对高、低优先级位编码为 0～3 共四级：

高位 H	低位 L	优先级
0	0	0，最低
0	1	1，较低
1	0	2，较高
1	1	3，最高

高优先级中断可以打断正在执行的低优先级 ISR；同级中断不能相互嵌套。若多个待处理中断处于同一优先级，则按 INT0 → Timer0 → INT1 → Timer1 → UART → Timer2 → INT2 → INT3 的固定顺序查询。

1.3.3 中断相关寄存器

与中断直接相关的寄存器可以先按职责分类：

寄存器	地址	主要职责	是否可位寻址
`IE`	`A8H`	总允许以及 INT0、T0、INT1、T1、UART、T2 的本地允许	是
`XICON`	`C0H`	INT2、INT3 的触发方式、请求标志、本地允许和低优先级位	是
`IP`	`B8H`	INT0～INT1、T0～T2、UART 的优先级低位	是
`IPH`	`B7H`	八个中断源的优先级高位	否，只能按字节读写
`TCON`	`88H`	T0/T1 运行与溢出标志；INT0/INT1 请求标志与触发方式	是
`SCON`	`98H`	串口工作方式、收发控制以及 `TI`、`RI` 中断标志	是
`T2CON`	`C8H`	定时器2运行方式及 `TF2`、`EXF2` 中断标志	是

1. IE：中断允许寄存器

IE（A8H）   B7   B6   B5   B4   B3   B2   B1   B0
            EA    -  ET2   ES  ET1  EX1  ET0  EX0
复位值：    0     x   0    0    0    0    0    0

位	含义	置 1 的作用	清 0 的作用
`EA`	CPU 总中断允许	开放中断总闸门	屏蔽全部可屏蔽中断
B6	保留位	不使用，应保持规定状态	不使用
`ET2`	定时器2中断允许	允许 `TF2/EXF2` 请求进入中断系统	禁止定时器2中断
`ES`	串口中断允许	允许 `RI/TI` 请求串口中断	禁止串口中断
`ET1`	定时器1中断允许	允许 T1 溢出中断	禁止 T1 中断
`EX1`	外部中断1允许	允许 INT1 请求	禁止 INT1 中断
`ET0`	定时器0中断允许	允许 T0 溢出中断	禁止 T0 中断
`EX0`	外部中断0允许	允许 INT0 请求	禁止 INT0 中断

EA 是总闸门，各中断源的允许位是分闸门。两级都打开才能响应：

INT0请求 ──► [EX0分闸门] ──► [EA总闸门] ──► 优先级仲裁 ──► CPU

本例复位后所有有效允许位均为 0。执行 EX0 = 1、EX1 = 1、EA = 1 后，有效控制位得到：

IE = 1x00 0101B
     │    │ │
     EA   EX1 EX0

其中 B6 是保留位，数据手册用 x 表示其值不应作为程序依据；按常用写法直接装入 IE = 0x85 时，有效控制位与上图相同。按位赋值只改变目标位，不会无意覆盖同一寄存器中的其他中断允许状态。若直接写入整个 IE，则会同时改写其他中断允许位，工程中应根据整体需求选择写法。

2. TCON：定时器0/1与外部中断0/1控制寄存器

TCON（88H） B7   B6   B5   B4   B3   B2   B1   B0
            TF1  TR1  TF0  TR0  IE1  IT1  IE0  IT0
复位值：     0    0    0    0    0    0    0    0

位	含义	详细作用
`TF1`	定时器1溢出标志	T1 溢出时由硬件置 1；CPU 响应 T1 中断时硬件清 0，也可由软件清 0
`TR1`	定时器1运行控制	置 1 启动 T1，清 0 停止 T1；它本身不是中断允许位
`TF0`	定时器0溢出标志	T0 溢出时由硬件置 1；CPU 响应 T0 中断时硬件清 0，也可由软件清 0
`TR0`	定时器0运行控制	置 1 启动 T0，清 0 停止 T0
`IE1`	外部中断1请求标志	INT1 条件成立时置 1；下降沿模式响应后由硬件清 0
`IT1`	INT1 触发方式	`0` 为 P3.3 低电平触发，`1` 为 P3.3 下降沿触发
`IE0`	外部中断0请求标志	INT0 条件成立时置 1；下降沿模式响应后由硬件清 0
`IT0`	INT0 触发方式	`0` 为 P3.2 低电平触发，`1` 为 P3.2 下降沿触发

在低电平触发模式中，即使响应过程清除了请求状态，只要 INTx 引脚仍为低电平，请求条件仍然成立，ISR 返回后就可能再次进入。因此低电平触发的外设必须在返回前撤销请求，或者由软件屏蔽并正确处理。

本例设置 IT0 = 1、IT1 = 1。在其他 TCON 位均保持复位值的前提下：

TCON = 0000 0101B = 0x05
              │ │
             IT1 IT0

3. XICON：扩展外部中断控制寄存器

XICON（C0H） B7   B6   B5   B4   B3   B2   B1   B0
             PX3  EX3  IE3  IT3  PX2  EX2  IE2  IT2
复位值：      0    0    0    0    0    0    0    0

位	含义	详细作用
`PX3`	INT3 优先级低位	与 `IPH.PX3H` 组合决定 INT3 的 0～3级优先级
`EX3`	INT3 允许位	置 1 允许 P4.2/INT3 中断，清 0 禁止
`IE3`	INT3 请求标志	INT3 触发条件成立时硬件置 1，响应后硬件清 0
`IT3`	INT3 触发方式	`0` 为 P4.2 低电平触发，`1` 为下降沿触发
`PX2`	INT2 优先级低位	与 `IPH.PX2H` 组合决定 INT2 的 0～3级优先级
`EX2`	INT2 允许位	置 1 允许 P4.3/INT2 中断，清 0 禁止
`IE2`	INT2 请求标志	INT2 触发条件成立时硬件置 1，响应后硬件清 0
`IT2`	INT2 触发方式	`0` 为 P4.3 低电平触发，`1` 为下降沿触发

INT2、INT3 的控制位集中在 XICON，但它们仍受 IE.EA 总允许位控制。只设置 EX2 或 EX3 而没有设置 EA，同样不能响应。

4. IP 与 IPH：中断优先级寄存器

IP（B8H）    B7   B6   B5   B4   B3   B2   B1   B0
              -    -  PT2   PS  PT1  PX1  PT0  PX0

IPH（B7H）  B7    B6    B5    B4    B3    B2    B1    B0
            PX3H  PX2H  PT2H  PSH   PT1H  PX1H  PT0H  PX0H

IP 中每一位是相应中断的优先级低位：

`IP` 位	对应中断
B7、B6	保留位，不作为优先级控制位
`PT2`	Timer2
`PS`	UART
`PT1`	Timer1
`PX1`	INT1
`PT0`	Timer0
`PX0`	INT0

IPH 中每一位是相应中断的优先级高位：

`IPH` 位	对应中断
`PX3H`	INT3；低位为 `XICON.PX3`
`PX2H`	INT2；低位为 `XICON.PX2`
`PT2H`	Timer2；低位为 `IP.PT2`
`PSH`	UART；低位为 `IP.PS`
`PT1H`	Timer1；低位为 `IP.PT1`
`PX1H`	INT1；低位为 `IP.PX1`
`PT0H`	Timer0；低位为 `IP.PT0`
`PX0H`	INT0；低位为 `IP.PX0`

以 INT0 为例，优先级由 [PX0H, PX0] 两位共同决定：00 为 0级，01 为 1级，10 为 2级，11 为 3级。其他中断完全按照同样的方法组合各自的 H、L 位。

IP 可位寻址，可以写 PX0 = 1；IPH 不可位寻址，通常要用掩码按字节修改，避免覆盖其他中断的高位。例如需要把 PX0H 置 1时，可使用读—改—写方式保留其余位。复位后 IP 的有效优先级位和 IPH 均为 0，本例没有改动它们，因此 INT0、INT1 都处于 0级；如果两个请求同时到来，INT0 因固定查询顺序靠前而先被处理。

5. SCON：串口控制寄存器

SCON（98H） B7      B6   B5   B4   B3   B2   B1  B0
            SM0/FE  SM1  SM2  REN  TB8  RB8  TI  RI

位	含义	详细作用
`SM0/FE`	模式位0／帧错误标志	当 `PCON.SMOD0=0` 时与 `SM1` 组合选择串口模式；当 `SMOD0=1` 时用于帧错误检测标志 `FE`
`SM1`	串口模式位1	与 `SM0` 组合选择方式0～3
`SM2`	多机通信控制	在方式2、3中可用于多机通信筛选；不同模式下含义应结合串口章节判断
`REN`	接收允许	置 1 允许串口接收，清 0 禁止接收
`TB8`	发送第9位	在方式2、3中保存要发送的第9位数据
`RB8`	接收第9位／停止位	方式2、3中保存接收的第9位；方式1中可反映停止位状态
`TI`	发送中断标志	一帧发送到规定位置后由硬件置 1；必须由软件清 0
`RI`	接收中断标志	一帧接收完成并满足条件后由硬件置 1；必须由软件清 0

UART 的发送与接收共用一个中断向量，ES = 1 后，TI 或 RI 任意一个为 1都会申请串口中断。进入串口 ISR 后必须分别判断并清除标志：

if (RI)
{
    RI = 0;
    // 读取接收数据
}

if (TI)
{
    TI = 0;
    // 处理发送完成
}

CPU 响应串口中断时不会自动清除 TI、RI。若软件不清零，退出 ISR 后中断请求仍然存在，程序可能不断重新进入串口中断。

6. T2CON：定时器2控制寄存器

T2CON（C8H） B7   B6    B5    B4    B3     B2   B1    B0
             TF2  EXF2  RCLK  TCLK  EXEN2  TR2  C/T2  CP/RL2

位	含义	详细作用
`TF2`	定时器2溢出标志	T2 溢出时置 1；当 `RCLK` 或 `TCLK` 为 1时不置位；需要软件清 0
`EXF2`	定时器2外部标志	`EXEN2=1` 时，T2EX 负跳变触发捕获或重装并置位；需要软件清 0
`RCLK`	串口接收时钟选择	置 1 时用 T2 溢出作为串口方式1、3的接收时钟；清 0 时使用 T1
`TCLK`	串口发送时钟选择	置 1 时用 T2 溢出作为串口方式1、3的发送时钟；清 0 时使用 T1
`EXEN2`	T2 外部事件允许	置 1 后允许 T2EX 负跳变触发捕获或重装，具体行为由 `CP/RL2` 等位决定
`TR2`	定时器2运行控制	置 1 启动 T2，清 0 停止 T2
`C/T2`	定时／计数选择	`0` 使用内部时钟作定时器，`1` 对外部下降沿计数
`CP/RL2`	捕获／自动重装选择	置 1 选择捕获，清 0 选择自动重装；作为串口波特率发生器时受其他位共同约束

Timer2 的 TF2、EXF2 共用 interrupt 5。与 Timer0、Timer1 的 TF0、TF1 不同，TF2、EXF2 需要在软件中根据实际中断原因清零。

7. 本节五条配置语句的寄存器结果

代码	寄存器位	作用
`IT0 = 1`	`TCON.0`	INT0 选择下降沿触发
`EX0 = 1`	`IE.0`	允许 INT0 中断
`IT1 = 1`	`TCON.2`	INT1 选择下降沿触发
`EX1 = 1`	`IE.2`	允许 INT1 中断
`EA = 1`	`IE.7`	打开 CPU 中断总闸门

从复位状态出发，执行完初始化后：

TCON               = 0000 0101B = 0x05
IE有效位            = 1x00 0101B
IP有效位（B5～B0）  = 00 0000B    ┐
IPH                 = 0000 0000B  ┴─ 所有中断保持优先级0

最终信号链可以完整写成：

按下 SW3
  │
  ▼
P3.2/INT0：1 → 0
  │ IT0=1，识别下降沿
  ▼
IE0 请求标志置 1
  │ EX0=1，INT0分闸门打开
  │ EA=1，总闸门打开
  │ [PX0H,PX0]=00，优先级0
  ▼
CPU 跳到向量 0003H
  │
  ▼
执行 Int0_Routine（interrupt 0）
  │
  ▼
LED1 翻转，RETI 返回主程序

掌握这条链路后，面对任何 51 单片机中断都可以依次回答五个问题：事件怎样产生、请求标志在哪里、本地允许位在哪里、优先级由哪些位决定、对应哪个中断编号和向量地址。这样就不会把触发位、标志位、允许位和优先级位混为一谈。

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