王超

（昌吉学院物理系，新疆昌吉 831100）

中断是单片机在实时处理和实时控制中不可缺少的一项技术，应用十分广泛，如果没有中断，其大量的时间可能会浪费在查询是否有中断请求的操作上，采用中断技术可消除查询方式中的等待现象，提高单片机的实时性和工作效率[1-3]。但是，由于中断的发生具有随机性，尤其是多个中断源共存的情况下，更增加了分析及调试程序的难度，利用Proteus仿真软件设计多中断源电路，编写程序实现软硬件协同调试，可定性、直观、实时地展现多中断源发生中断的全过程，缩短了开发周期，提高了效率。

1 单片机中断源

MCS-51 系列单片机有五个中断请求源，两个中断优先级别，可以实现两级中断服务嵌套，每个中断源都可以用软件独立地控制为允许和关闭中断，每个中断源的优先级别均可以使用软件来设置[4-6]。

实际上，51 系列单片机中断优先级有两种：查询优先级和执行优先级，所谓查询优先级是从芯片的datasheet 或者教材中看到的默认优先级（IP 不设置，复位后其值为00H），其优先级顺序为：串行口，当多个中断源申请中断时，CPU 会按照查询优先级的顺序依次查询各个中断标志位的状态，不代表高优先级的中断可以打断正在执行的低优先级的中断服务。而执行优先级则需先进行IP 设置，当经过设置的低优先级中断正在运行时，如果有高优先级别的中断申请则会执行中断嵌套，进入高优先级别的中断服务处理，若是处于同一个级别，则要按照查询优先级的顺序进行处理。

2 单片机多中断源电路设计

单片机多中断源电路由AT89C51 单片机、中断源申请电路、中断过程指示电路、串行口数据传输电路组成，电路设计图如图1 所示，中断源与对应按键对照表如表1 所示。

图1 多中断源电路设计图

表1 中断源与对应按键对照表

中断源申请电路由四个独立的按键K0、K1、K2、K3 和总按键K 组成，用来控制和T0 这四个中断源(T1 与T0 运行过程类似，选择一个即可)的分时申请和同时申请。

中断指示电路由4 个发光二极管D1、D2、D3、D5组成，D1 的亮灭指示的发生，D2 的亮灭指示的发生，D3 的亮灭指示串行口中断的发生，D5 的亮灭指示T0 中断的发生，D4 为电路的运行指示灯。

串行口输出传输电路由串行输入/并行输出的同步移位寄存器74LS164 和数据指示灯L1-L8 组成[7-9]，串行口工作在方式0 输出模式，串行输出数据由P3.0 输出，移位脉冲由P3.1 输出，MR 接高电平时移位脉冲才有效，在移位脉冲作用下，发送缓冲器SBUF 中的数据依次通过RXD 端送往74LS164，并通过L1-L8 显示串口传输的数据。

在中断指示电路图中，分别在D1、D2、D3 和D5处添加探针，在仿真图表中添加对应的数字量曲线，以便记录中断发生过程。

3 多中断源中断申请的处理

要完成单片机多个中断源同时和不同时申请的处理，需要实现多个中断源的申请可控，多中断源申请的控制有两种实现方式，方式一是采用按键作为中断请求的输入开关，用软件检测开关的闭合，实现不同开关作用下的中断处理，如图1 中的K、K0、K1、K2、K3 开关，K 用来控制中断源同时申请，K0-K3 用来控制不同中断源的申请处理。方式二使用Proteus中提供的虚拟信号源来实现，单击工具箱中的快捷图标，选择单周期数字脉冲发生器（DPULSE），放置在每个按键上，并在属性对话框中进行有关的设置，对话框内数据类型选择为单脉冲，只产生一个脉冲信号，脉冲属性选择负的（高低高），脉冲时间需要设置开始时间、脉冲持续的宽度和停止时间[10-13]，可精确设置不同中断源的申请信号，借助单周期数字脉冲发生器，可以实现仿真图表的交互式动态仿真，可变以往只有示波器、逻辑分析仪可以实现的功能。

4 程序设计

四个中断源对应的输入请求有四个按键K0-K3，若是中断源同时申请中断，可以把单周期数字脉冲发生器设置为一致即可，若是中断源不同时申请中断，四个按键的组合就有16 种情况，主程序流程图如图2 所示。

图2 主程序流程图

图2 中，首先进行初始化处理，即P0=0xff，P3=0xff,TMOD=0x01,EA=0,关中断，然后使用while（1）完成循环扫描判断，四个中断源共16 种情况，使用switch（button）开关语句实现多分支处理，当K0-K4全部闭合时，button 为0X00，执行switch 的第一个分支TCON=0xff；EA=1；break；即：和T0 定时器中断请求标志位置1，执行串口发送程序ChuanKou()，使TI=1,最后使EA=1，开放所有中断，即可实现四个中断源同时产生中断，其他情况类似。

5 多中断源运行过程

5.1 IP不进行设置，四个中断源同时申请

全速运行后，仿真结果如图3 所示，四个中断源在同一时刻触发申请中断，首先响应，响应结束后依次是T0 响应、响应和串行口响应，中断源的执行顺序是查询优先级顺序，依据确定的顺序依次进行，不会形成高优先级中断低优先级的嵌套形式，仿真图表的运行结果与CPU 寄存器窗口数据一致。

图3 IP不设置多中断源同时申请

5.2 IP不进行设置，四个中断源不同时申请

设置四个中断源的单周期数字脉冲发生器属性，脉冲属性均为高低高、脉冲宽度均为20 ms，四个中断源脉冲触发的开始时间分别为100 ms（串行口）、200 ms（）、300 ms（T0）和400 ms（）。

在T0 中断服务程序中设置断点，SCON=000 00000B=00H，即TI=0，发送中断申请标志位为0，表示串口中断完成，标志位已经清零，TCON=1100 1101B=0CDH，即TF0=0、IE0=0、IE1=1,定时器T0、的标志位均为0，表示其中断已经结束，标志位清零，的标志位为1，说明中断还未执行。

本文利用模块化理论与方法，对发射场特种机械设备进行模块化分析和研究,综合传统模块划分方法的分类,结合特种设备的具体特点,归纳了创新式和变型式模块的方法步骤,为实现发射场特种机械设备通用化设计与系列化设计提供技术支持,并以火箭测试厂房平开大门为研究对象,进行了实例分析.

全速运行后，仿真结果如图4 所示，四个中断源申请不同时到达，每个中断源间隔100 ms，首先到达的是串行口中断请求，则串行口首先响应，在串行口响应期间，依次是请求到达，即使执行优先级高于串行口，也不会出现嵌套，体现的是先到先处理，与优先级高低没有关系，先到的中断请求处理完成后，再依次处理后续的中断请求，仿真图表的运行结果与CPU 寄存器窗口数据一致。

图4 IP不设置多中断源不同时申请

5.3 IP进行设置，中断源同时申请

设置IP=0x14，即PX1=1、PX0=0、PT0=0、PS=1，和串行口DTXD为高优先级，和T0 为 低优先级，设置单周期数字脉冲发生器脉冲属性为高低高，脉宽为20 ms，开始时间均为100 ms。

全速运行后，仿真结果如图5 所示，四个中断源分成两个级别，和串行口DTXD 为高优先级，和T0 为低优先级，高优先级别的两个中断源同时申请时，按照查询优先级顺序响应，即先响应，然后响应DTXD；低优先级的两个中断源同时申请时，也会按照查询优先级的顺序响应，即先响应，然后响应T0，由于先执行的是高优先级别的中断源申请，所以，不会发生嵌套，同一级别中的两个中断源依次按照查询优先级顺序进行处理，仿真图表的运行结果与CPU 寄存器窗口数据一致。

图5 IP设置多中断源同时申请

5.4 IP进行设置，中断源不同时申请

图6 IP设置多中断源不同时申请

图6 中，在100 ms 时，T0 中断申请，此时只有一个中断申请，立刻执行T0 中断过程，在T0 执行期间，申请中断，由于的优先级高于T0，所以发生了嵌套，在执行期间，和DTXD 依次申请，因51 系列单片机只有两个优先级别，只能执行两级中断嵌套，当响应完后，立即响应DTXD的请求，继续暂停T0，执行DTXD，当DTXD 响应完后，返回T0 继续执行，因T0 和属于同一个级别，只有当T0 响应完后，才去响应的申请。

图7 监视窗口

6 结束语

使用Proteus 软件实现了单片机多中断源共同作用下的执行过程，借助Proteus 软件提供的仿真图表、CPU 寄存器窗口等虚拟分析器件，将抽象的中断过程直观化，有助于学生更好地理解多中断源执行过程，提高了分析问题和解决问题的能力。