51单片机的边沿触发及电平触发原理 单片机执行指令过程详解
时间:2017-07-03 07:41 来源:未知 作者:admin 点击:次
| 51单片机的外部中断有两种触发方式可选：电平触发和边沿触发。选择电平触发时，单片机在每个机器周期检查中断源口线，检测到低电平，即置位中断请求标志，向CPU请求中断。选择边沿触发方式时，单片机在上一个机器周期检测到中断源口线为高电平，下一个机器周期检测到低电平，即置位中断标志，请求中断。 这个原理很好理解。但应用时需要特别注意的几点： 1)电平触发方式时，中断标志寄存器不锁存中断请求信号。也就是说，单片机把每个机器周期的S5P2采样到的外部中断源口线的电平逻辑直接赋值到中断标志寄存器。标志寄存器对于请求信号来说是透明的。这样当中断请求被阻塞而没有得到及时响应时，将被丢失。换句话说，要使电平触发的中断被CPU响应并执行，必须保证外部中断源口线的低电平维持到中断被执行为止。因此当CPU正在执行同级中断或更高级中断期间，产生的外部中断源(产生低电平)如果在该中断执行完毕之前撤销(变为高电平)了，那么将得不到响应，就如同没发生一样。同样，当CPU在执行不可被中断的指令(如RETI)时，产生的电平触发中断如果时间太短，也得不到执行。 2)边沿触发方式时，中断标志寄存器锁存了中断请求。中断口线上一个从高到低的跳变将记录在标志寄存器中，直到CPU响应并转向该中断服务程序时，由硬件自动清除。因此当CPU正在执行同级中断(甚至是外部中断本身)或高级中断时，产生的外部中断(负跳变)同样将被记录在中断标志寄存器中。在该中断退出后，将被响应执行。如果你不希望这样，必须在中断退出之前，手工清除外部中断标志。 3)中断标志可以手工清除。一个中断如果在没有得到响应之前就已经被手工清除，则该中断将被CPU忽略。就如同没有发生一样。 4)选择电平触发还是边沿触发方式应从系统使用外部中断的目的上去考虑，而不是如许多资料上说的根据中断源信号的特性来取舍。比如，有的书上说(《Keil C51使用技巧及实战》)，就有类似的观点。 MCS51 单片机系列属于8位单片机，它是Intel公司继MCS48系列的成功设计之后，于1980年推出的产品。由于MCS51系列具有很强的片内功能和指令系统，因而使单片机的应用发生了一个飞跃，这个系列的产品也很快成为世界上第二代的标准控制器。51系列单片机有5个中断源，其中有2个是外部输入中断源 INT0和INT1。可由中断控制寄存器TCON的IT1(TCON.2)和IT0(TCON.1)分别控制外部输入中断1和中断0的中断触发方式。若为 0，则外部输入中断控制为电平触发方式;若为1，则控制为边沿触发方式。这里是下降沿触发中断。 单片机执行指令过程详解 单片机执行程序的过程，实际上就是执行我们所编制程序的过程。即逐条指令的过程。计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行。即取指令-----分析指令-----执行指令。 取指令的任务是：根据程序计数器PC中的值从程序存储器读出现行指令，送到指令寄存器。 分析指令阶段的任务是：将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码，分析其指令性质。如指令要求操作数，则寻找操作数地址。 计算机执行程序的过程实际上就是逐条指令地重复上述操作过程，直至遇到停机指令可循环等待指令。 一般计算机进行工作时，首先要通过外部设备把程序和数据通过输入接口电路和数据总线送入到存储器，然后逐条取出执行。但单片机中的程序一般事先我们都已通过写入器固化在片内或片外程序存储器中。因而一开机即可执行指令。 下面我们将举个实例来说明指令的执行过程： 开机时，程序计算器PC变为0000H。然后单片机在时序电路作用下自动进入执行程序过程。执行过程实际上就是取出指令（取出存储器中事先存放的指令阶段）和执行指令（分析和执行指令）的循环过程。 例如执行指令：MOV A，#0E0H，其机器码为“74H E0H”，该指令的功能是把操作数E0H送入累加器，0000H单元中已存放74H，0001H单元中已存放E0H。当单片机开始运行时，首先是进入取指阶段，其次序是： 1 程序计数器的内容（这时是0000H）送到地址寄存器; 2 程序计数器的内容自动加1（变为0001H）; 3 地址寄存器的内容（0000H）通过内部地址总线送到存储器，以存储器中地址译码电跟，使地址为0000H的单元被选中; 4 CPU使读控制线有效; 5 在读命令控制下被选中存储器单元的内容（此时应为74H）送到内部数据总线上，因为是取指阶段，所以该内容通过数据总线被送到指令寄存器。 至此，取指阶段完成，进入译码分析和执行指令阶段。 由于本次进入指令寄存器中的内容是74H（操作码），以译码器译码后单片机就会知道该指令是要将一个数送到A累加器，而该数是在这个代码的下一个存储单元。所以，执行该指令还必须把数据（E0H）从存储器中取出送到CPU，即还要在存储器中取第二个字节。其过程与取指阶段很相似，只是此时PC已为0001H。指令译码器结合时序部件，产生74H操作码的微操作系列，使数字E0H从0001H单元取出。 因为指令是要求把取得的数送到A累加器，所以取出的数字经内部数据总线进入A累加器，而不是进入指令寄存器。至此，一条指令的执行完毕。单片机中PC=0002H，PC在CPU每次向存储器取指或取数时自动加1，单片机又进入下一取指阶段。这一过程一直重复下去，直至收到暂停指令或循环等待指令暂停。CPU就是这样一条一条地执行指令，完成所有规定的功能。 对于一款MCU来说，在性能描述的时候都会告诉sram，flash的容量大小，对于初学者来说，也不会去考虑和理会这些东西，拿到东西就只用。其实不然，这些量都是十分重要的，仔细想想，代码为什么可以运行，代码量是多少，定义的int、short等等类型的变量究竟是怎么分配和存储的，这些问题都和内寸有关系。 首先单片机的内存可以大小分为ram和rom，这里就不再解释ram和rom的区别了，我们可以将其等效为flash和sram，其中根据flash和sram的定义可得，flash里面的数据掉电可保存，sram中的并不可以，但是sram的执行速度要快于flash，可以将单片机的程序分为code（代码存储区）、RO-data（只读数据存储区）、RW-data（读写数据存储区）和ZI-data（零初始化数据区）。在MDK编译器下可以观察到在代码中这4个量的值，如下图1所示： 图1：  其中code和RO-data存储在flash中，所以两者之和为单片机中flash需要分配给它们的空间大小（并且等于代码所生成的.bin文件大小），另外RW-data和ZI-data存储在sram中，同样两者之和为单片机中sram需要分配给它们的空间大小。 另外，我们必然会想到栈区（stack）、堆区（heap）、全局区（静态区）（staTIc）、文字常量区和程序代码区和上面所介绍的code、RO-data等的关系。 1、栈区（stack）：由编译器自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。 这些值是可读写的，那么stack应该被包含在RW-data（读写数据存储区），也就是单片机的sram中。 2、堆区（heap）：一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。可以理解，这些也是被包含在单片机的sram中的。 3、全局区（静态区）（staTIc）：全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域，程序结束后由系统释放。这些数据也是可读可写的，和stack、heap一样，被包含在sram中。 4、文字常量区：常量字符串就是放在这里的。这些数据是只读的，分配在RO-data（只读数据存储区），则被包含在flash中。 5、程序代码区：存放函数体的二进制代码，可以想象也是被包含在flash，因为对于MCU来说，当其重新上电，代码还会继续运行，并不会消失，所以存储在flash中。 综上所述，MCU的内存分配基本如此，其中并没有提到存储空间所对应的flash和sram地址，这些后面还会讲到！如有错误，请指正。 (责任编辑：admin) |