为了弄懂中断的概念，下面我们先来了解一下单片机与外设之间数据的输入/输出方式。

1．单片机的输入/输出方式

CPU与外设之间的信息交换称为输入/输出。在一个单片机系统中，输入/输出是必不可少的，CPU与外设之间以何种方式进行信息交换，将直接影响到信息交换的可靠性和CPU的效率。

例如：在一个与打印机相连的微机系统中，CPU将需要打印的数据输出给打印机，打印机接收到数据后便可进行打印。CPU是如何将要打印的数据输出给打印机的呢？如果打印机总是处于准备好的状态或者CPU总是知道打印机的状态，那么CPU无需查询打印机状态可直接进行输出，这种方式称为无条件传送方式。但外设的执行速度一般是很慢的，像打印机这样的外设不可能总处于准备好的状态，因此CPU在输出数据前需要先查询打印机是否空闲，若空闲则进行输出操作，若打印机处于忙状态则继续查询，直到打印机处于空闲状态再进行输出。这种方式称为查询传送方式。与无条件传送方式相比，虽然查询传送方式能有效地与慢速外设进行信息交换，提高了信息交换的可靠性，解决了外设与CPU速度不匹配的矛盾，但由于在外设未准备好的情况下，CPU需要不断的查询外设状态，不能进行其他操作，这样就浪费了CPU的资源，使CPU的利用率大大降低。为了提高CPU的工作效率，可将外设的“忙/闲”状态信息作为请求触发信号，这样，CPU就可以做自己的工作，当打印机处理完上一批数据后处于空闲状态时，向CPU提出中断请求信号，CPU接到中断请求时，就暂停当前正在进行的工作转去为打印机输出数据，输出一批数据后又返回到刚才中断的地方继续进行原来的工作，这种方式称为中断传送方式。

综上所述，CPU与外设之间信息交换有三种方式，其执行过程如图5-1所示。

图5-1 输入/输出方式示意图

（1）无条件传送方式   这种方式的特点是：数据的传送取决于程序执行输入/输出指令，而与外设的状态无关。它适合于与CPU同步的快速设备或状态已知的外设，软、硬件系统简单。

（2）查询传送方式   查询方式是一种条件传送。在传送数据前，首先读取外设状态信息，并加以测试判断，若外设“准备就绪”，则CPU与外设进行数据交换，若外设处于“忙”状态，则CPU不与外设交换数据，并继续查询外设状态。其特点是：在硬件上不仅要考虑数据信息的传递，而且还要考虑状态信息的输入；在查询过程中CPU的利用率不高，适用于实时性能要求不高的场合。

（3）中断传送方式  中断方式也是一种条件传送。CPU可以与外设同时工作，并执行与外设无关的操作，一旦外设需要进行数据交换，就主动向CPU提出中断申请，CPU接到中断请求后，就暂停当前的工作转去为外设服务（执行中断处理程序），处理完毕后又返回到原来暂停处继续进行原来的工作（执行原来的程序）。因此，CPU不必浪费时间去查询外设状态，大大提高了效率。利用中断方式可以实现分时操作（使CPU可以同时处理多件事）、实时处理（对随时发生的事件进行及时处理），应用范围较广。

2．中断的概念

为了能让大家更容易理解中断的概念，我们先来看生活中的一个事例：你正在家中看书，突然门铃响了，你放下书去开门，处理完事情后回来继续看书；突然电话铃又响起来了，你又放下书去接电话，通话完毕后你又回来继续看书。这就是生活中的“中断”的现象，就是正常的工作过程被外部的事件打断了。

对于单片机来讲，中断是指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）；CPU接到中断请求后，暂停当前正在进行的工作（中断响应），转去处理事件B（执行相应的中断服务程序），待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A（中断返回），这一过程称为中断。

中断的有关关概念总结如下：

1. 中断  CPU正在执行主程序的过程中，由于CPU之外的某种原因，有必要暂停主程序的执行，转而去执行相应的处理（中断服务）程序。待处理程序结束之后，再返回原程序断点处继续运行的过程。
2. 中断源   可以引起中断的事件称为中断源。单片机中也有一些可以引起中断的事件。MCS-51单片机中共有5种中断源：两个外部中断（INT0，INT1）、两个定时/计数器中断（T0、T1）和一个串行口中断。
3. 中断系统   实现中断过程的软、硬件系统。
4. 主程序与中断服务程序    CPU正在执行的当前程序称为主程序；中断发生后，转去对突发事件的处理程序称为中断服务程序。
5. 中断优先级   当多个中断源同时申请中断时，为了使CPU能够按照用户的规定先处理最紧急的事件，然后再处理其他事件，就需要中断系统设置优先级机制。通过设置优先级，排在前面的中断源称为高级中断，排在后面的称为低级中断。设置优先级以后，若有多个中断源同时发出中断请求时，CPU会优先响应优先级较高的中断源。如果优先级相同，则将按照它们的自然优先级顺序响应默认优先级较高的中断源。

五个中断源默认的自然优先级是由硬件的查询顺序决定的，由高到低的顺序依次是：外部中断0、定时/计数器0中断、外部中断1、定时/计数器1中断、串行口中断。中断源的优先级需由用户在中断优先级寄存器IP中设定，后面将会讲到这一知识点。

1. 中断嵌套  当CPU响应某一中断源请求而进入该中断服务程序中处理时，若更高级别的中断源发出中断申请，则CPU暂停执行当前的中断服务程序，转去响应优先级更高的中断，等到更高级别的中断处理完毕后，再返回低级中断服务程序，继续原先的处理，这个过程称为中断嵌套。在51单片机的中断系统中，高优先级中断能够打断低优先级中断以形成中断嵌套，反之，低级中断则不能打断高级中断，同级中断也不能相互打断。

MCS-51单片机的中断系统的内部结构框图如图5-2所示。

图5-2 MCS-51单片机的中断系统内部结构组成框图

由图可知，51单片机的中断系统有5个中断源，4个用于中断控制的寄存器TCON、SCON、IE、IP来控制中断类型、中断的开关和各种中断源的优先级确定。

1．中断源（5个）

（1）外部中断源（2个）

外部中断0和外部中断1，是由单片机的P3.2和P3.3端口引入的，名称分别为INT0和INT1，低电平或下降沿触发。

（2）定时/计数器中断源（2个）

MCS-51单片机内部有2个16位的定时/计数器，分别是T0和T1。当计数器计满溢出时就会向CPU发出中断请求。

（3）串行口中断源（1个）

MCS-51单片机内部有1个全双工的串行通信接口，可以和外部设备进行串行通信，当串行口接收或发送完一帧数据后会向CPU发出中断请求。

2．中断标志

TCON即定时/计数器控制寄存器，这是一个可位寻址的8位特殊功能寄存器，即可以对其每一位单独进行操作，其字节地址为88H。它不仅与两个定时/计数器的中断有关，也与两个外部中断源有关。它可以用来控制定时/计数器的启动与停止，标志定时/计数器是否计满溢出和中断情况，还可以设定两个外部中断的触发方式、标志外部中断请求是否触发。因此，它又称为中断请求标志寄存器。单片机复位时，TCON的全部位均被清0。其各位名称如表5-1所示。

表5-1   定时/计数器控制寄存器TCON的各位功能说明

TCON寄存器的各位功能介绍如下：

IT0：外部中断0（INT0）的触发方式控制位。当IT0=0时，

为电平触发方式，低电平触发有效；当IT0=1时，

为边沿触发方式，下降沿触发有效。

IE0：外部中断0（INT0）的中断请求标志位。当外部中断0（INT0）的触发请求有效时，硬件电路自动将该位置1，否则清0。换句话说，当IE0=1时，表明外部中断0正在向CPU申请中断；当IE0=0时，则表明外部中断0没有向CPU申请中断。当CPU响应该中断后，由硬件自动将该位清0，不需用专门的语句将该位清0。

IT1：外部中断1（INT1）的触发方式控制位。当IT1=0时，为电平触发方式，低电平触发有效；当IT1=1时，为边沿触发方式，下降沿触发有效。

IE1：外部中断1（INT1）的中断请求标志位。当外部中断1（INT1）的触发请求有效时，硬件电路自动将该位置1，否则清0。换句话说，当IE1=1时，表明外部中断1正在向CPU申请中断；当IE1=0时，则表明外部中断1没有向CPU申请中断。当CPU响应该中断后，由硬件自动将该位清0，不需用专门的语句将该位清0。

TR0：定时/计数器0（T0）的启动控制位。当TR0=1时，T0启动计数；当TR0=0时，T0停止计数；

TF0：定时/计数器0（T0）的溢出中断标志位。当定时/计数器0计满溢出时，由硬件自动将TF0置1，并向CPU发出中断请求，当CPU响应该中断进入中断服务程序后，由硬件自动将该位清0，不需用专门的语句将该位清0。需要说明的是：如果使用定时/计数器的中断功能，则该位完全不用人为操作，硬件电路会自动将该位置1、清0，但是如果中断被屏蔽，使用软件查询方式去处理该位时，则需用专门语句将该位清0。

TR1：定时/计数器1（T1）的启动控制位。其功能及使用方法同TR0。

TF1：定时/计数器1（T1）的溢出中断标志位。其功能及使用方法同TF0。

3．中断允计寄存器IE

在MCS-51单片机的中断系统中，中断的允许或禁止是在中断允许寄存器IE中设置的。IE也是一个可位寻址的8位特殊功能寄存器，即可以对其每一位单独进行操作，当然也可以进行整体字节操作，其字节地址为A8H。单片机复位时，IE全部被清0。其各位定义如表5-2所示。

表5-2   中断允许寄存器IE的各位功能定义

中断允许寄存器IE的各位功能定义说明如下：

EA：即Enable  All的缩写，全局中断允许控制位。当EA=0时，则所有中断均被禁止；当EA=1时，全局中断允许打开，在此条件下，由各个中断源的中断控制位确定相应的中断允许或禁止。换言之，EA就是各种中断源的总开关。

EX0：外部中断0（INT0）的中断允许位。如果EX0置1，则允许外部中断0中断，否则禁止外部中断0中断。

ET0：定时/计数器0的中断允许位。如果ET0置1，则允许定时/计数器0中断，否则禁止定时/计数器0中断。

EX1：外部中断1（INT1）的中断允许位。如果EX1置1，则允许外部中断1中断，否则禁止外部中断1中断。

ET1：定时/计数器1的中断允许位。如果ET1置1，则允许定时/计数器1中断，否则禁止定时/计数器1中断。

例如：如果我们要设置允许外部中断0、定时/计数器1中断允许，其他中断不允许，则IE寄存器各位取值如表5-3所示。

表5-3   IE寄存器的各位取值

即IE=0x89。当然，我们也可以用位操作指令来实现：EA=1，EX0=1，ET1=1。

4．中断优先级寄存器IP

前面已讲到中断源优先级的概念。在MCS-51单片机的中断系统中，中断源按优先级分为两级中断：1级中断即高级中断，0级中断即低级中断。中断源的优先级需在中断优先级寄存器IP中设置。IP也是一个可位寻址的8位特殊功能寄存器，即可以对其每一位单独进行操作，当然也可以进行整体字节操作，其字节地址为B8H。单片机复位时，IP全部被清0，即所有中断源为同级中断。如果在程序中不对中断优先级寄存器IP进行任何人为操作，则当多个中断源发出中断请求时，CPU会按照其默认的自然优先级顺序优先响应自然优先级较高的中断源。IP的各位定义如表5-4所示。

表5-4   中断优先级寄存器IP的各位功能定义

PX0、PT0、PX1、PT1、PS分别为外部中断0、定时/计数器0中断、外部中断1、定时/计数器1中断、串行口中断的优先级控制位。当某位置1时，则相应的中断就是高级中断，否则就是低级中断。优先级相同的中断源同时提出中断请求时，CPU优先响应自然优先级较高的中断。

5．中断初始化及中断服务程序结构

中断初始化实质上就是对4个与中断有关的特殊功能寄存器TCON、SCON、IE和IP进行管理和控制，具体实施如下：

• CPU的开、关中断（即全局中断允许控制位的打开与关闭，EA=1或EA=0）；

② 具体中断源中断请求的允许和禁止（屏蔽）；

③ 各中断源优先级别的控制；

④ 外部中断请求触发方式的设定。

中断管理和控制（中断初始化）程序一般都包含在主函数中，也可单独写成一个初始化函数，根据需要通常只需几条赋值语句即可完成。中断服务程序是一种具有特定功能的独立程序段，往往写成一个独立函数，函数内容可根据中断源的要求进行编写。

C51的中断服务程序（函数）的格式如下：

void  中断处理程序函数名( ) interrupt  中断序号  using 工作寄存器组编号

{

      中断处理程序内容

}

中断处理程序函数不会返回任何值，故其函数类型为void，函数类型名void后紧跟中断处理程序的函数名，函数名可以任意起，只要合乎C51中对标识符的规定即可；中断处理函数不带任何参数，所以中断函数名后面的括号内为空；interrupt即“中断”的意思，是为区别于普通自定义函数而设，中断序号是编译器识别不同中断源的唯一符号，它对应着汇编语言程序中的中断服务程序入口地址，因此在写中断函数时一定要把中断序号写准确，否则中断程序将得不到运行。函数头最后的“using 工作寄存器组编号”是指这个中断函数使用单片机RAM中4组工作寄存器中的哪一组，如果不加设定，C51编译器在对程序编译时会自动分配工作寄存器组，因此“using 工作寄存器组编号”通常可以省略不写。

51单片机的5个中断源的中断序号、默认优先级别、对应的中断服务程序的入口地址如表5-5所示：

表5-5   51单片机的中断源的中断序号、默认优先级及对应的中断服务程序入口地址