本文偏向于概念性知识整理，在更新完单片机部分的理论笔记后，会将所有编写代码的注意事项和技巧集成道一个实际项目中来分享。本文围绕51单片机中的中断，解释了中断、中断源、中断优先级、中断嵌套、中断向量等概念，还详细介绍了定时器/计数器中断和串口中断用到的特殊功能寄存器每一位的功能。对于中断部分的学习而言，我觉得需要记住常用的寄存器配置，不常用的可以用到的时候再查，更重要的是要理解什么是中断，中断的处理流程，中断什么时候被触发，什么时候结束，只有捋清流程，才能在出错时有如何调试的思路。单片机的学习过程中，很重要的一点是要谨防凭肉眼判断“没现象”的主观意识，因为单片机处理指令的速度很快，有时候不是没看到，而是现象停留的时间太短，人眼观察不到，所以在出现意料之外的情况时要借助工具进行理性的原因查找，例如逻辑分析仪。

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一、名词解释

1.RAM和ROM的区别

特性维度	RAM (Random Access Memory ，随机存取存储器)	ROM (Read-Only Memory，只读存储器)
核心功能	临时存储正在运行的程序和临时数据	永久存储固定的指令和数据
数据读写	可读可写，使用灵活	传统只读，现代可写但速度慢
数据易失性	易失，断电后数据立即丢失	非易失，断电后数据永久保存
存储速度	快（CPU可直接访问）	较慢（数据一般需先复制到RAM再使用）

2.内存和外存的区别

特性维度	内存 (主存，如RAM)	外存 (辅存，如硬盘、SSD)
CPU能否直接访问	能，CPU直接通过地址总线读取数据	不能，数据必须先调入内存，CPU才能访问
数据易失性	易失 ，断电数据全丢	非易失，断电后数据永久保存
读写速度	极快 (纳秒级)，与CPU速度匹配	慢 (毫秒级或微秒级，SSD相对快但仍慢于内存)
存储容量	相对较小 (GB级别)	非常大 (TB级别)
单位价格	昂贵 (每GB)	便宜 (每GB)
主要用途	临时存放正在运行的系统、应用和数据	长期存放操作系统、应用软件、文档、照片、视频等
与CPU的关系	与CPU通过高速总线直接通信	通过I/O接口与CPU通信，速度受接口限制

3.51芯片的内部结构

• 中央处理器：8位 CPU 

• 程序存储器 (ROM)：4KB 掩膜ROM（8051），可外部扩展至64KB 

• 数据存储器 (RAM)：128B 内部RAM，可外部扩展至64KB 

• 定时器/计数器：2个 16位定时器/计数器 

• 并行I/O口：4个 8位并行I/O口 (P0, P1, P2, P3) 

• 中断源：5个 中断源 (2个外部，2个定时器，1个串行) 

• 串行通信：1个 全双工UART（通用异步收发器）串行口 

4.51单片机的最小系统

最小系统是指能让单片机正常运行（即上电后能执行内部程序）的最简硬件环境；51单片机的最小系统需要：单片机芯片、电源电路、时钟电路、复位电路。

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二、位运算

1.定义：

在单片机编程中，位运算是指对二进制位（bit）进行操作的运算。由于单片机内部的所有数据本质上都是由二进制位组成的，位运算提供了一种精确、高效的方式来控制和检测这些硬件资源。

2.常见的位运算符

运算符	名称	功能	示例
&	按位与	两个位都为1时，结果为1（全真才真，有假全假）	0b1010 & 0b1100 = 0b1000
|	按位或	只要有一个为1，结果为1（有真则真，全假才假）	0b1010 | 0b1100 = 0b1110
^	按位异或	两个位不同为1，相同为0（相异为真，相同为假）	0b1010 ^ 0b1100 = 0b0110
~	按位取反	0变1，1变0（单目运算符）	~0b1010 = 0b0101（假设4位）
<<	左移	将二进制位向左移动，低位补0	0b1010 << 1 = 0b10100
>>	右移	将二进制位向右移动，高位补0（通常）	0b1010 >> 1 =

3.单片机中常见的位运算应用场景

1）指定位置1：按位或运算

例如：将寄存器PORT的第三位置1，不改变其他位。

PORT |= （1 <<  3）；

//（1 << 3）产生一个只有第三位为1的数，与PORT进行或运算后，第三位被强制置1，其他位不变。

2）指定为清零：按位与运算

例如：将寄存器PORT的第五位清零，其他位不变。

PORT &= ~(1 << 5);

//~(1 << 5)产生了一个除了第五位为0，其他位均为1的数，与PORT进行与运算后，第五位并清零，其他位不变。

3）读取某一位的状态

例如：判断寄存器PORT的第2位是否为1.

if (PORT & (1 << 2))

//如果该位为1，与运算后结果非0；如果该位为0，与运算后结果为0。

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三、中断系统

1.中断：

当CPU正在处理某件事件时，外界发生了紧急事件请求，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件，处理后再回到原来被中断的地方，继续原来的工作，这样的过程称为中断。

2.中断源：

能够打断CPU执行当前任务的源头/事件叫做中断源。51单片机有5个中断源：外部中断0、外部中断1、定时器0、定时器1、串口。

中断源	触发行为
外部中断0	(IT0/TCON.0 = 1):下降沿；(IT0/TCON.0 = 0):低电平
定时器0	定时器0溢出
外部中断1	(IT1/TCON.2 = 1):下降沿；(IT1/TCON.2 = 0):低电平
定时器1	定时器1溢出
UART	发送或接收完成

3.中断优先级：

CPU在处理中断任务时，需要去判断中断源的优先级，优先去处理优先级更高的中断请求。优先级高的中断可以打断优先级低的中断，优先级低的中断不可以打断优先级高的中断，要等到其执行完后CPU才处理。

4.中断嵌套：

CPU处理一个中断请求时，嵌套处理其它优先级更高的中断请求（51最多允许嵌套两层）。

5.中断向量表：

中断向量是一个地址，当中断被响应后，被装载到程序计数器PC中的数值称为中断向量，是该中断源的中断服务程序的入口地址；中断向量表本质上是一个数组，把所有的中断向量按中断号顺序排在一起。

中断源	中断向量
External Interrupt 0	0003H
Timer 0	000BH
External Interrupt 1	0013H
Timer 1	001BH
UART	0023H

6.中断处理流程：

• 中断源发出中断请求
• 检查CPU是否允许处理中断，及中断源是否被屏蔽
• 比较中断优先级
• 保护现场
• 执行中断服务函数
• 恢复现场

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四、特殊功能寄存器

1.IE：中断允许寄存器（可位寻址，SFR 地址：A8H）

位	名称	功能描述
B7	EA	CPU总中断允许控制位 EA=1：CPU开放中断（各中断源还需自己的允许位配合） EA=0：CPU屏蔽所有中断申请 作用：形成两级控制，总开关控制各个中断源的子开关
B6	-	保留位，未使用
B5	ET2	定时/计数器T2中断允许位 ET2=1：允许T2中断 ET2=0：禁止T2中断
B4	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
B3	ET1	定时/计数器T1中断允许位 ET1=1：允许T1中断 ET1=0：禁止T1中断
B2	EX1	外部中断1中断允许位 EX1=1：允许外部中断1中断 EX1=0：禁止外部中断1中断
B1	ET0	定时/计数器T0中断允许位 ET0=1：允许T0中断 ET0=0：禁止T0中断
B0	EX0	外部中断0中断允许位 EX0=1：允许外部中断0中断 EX0=0：禁止外部中断0中断

2.TCON：定时器/计数器中断控制寄存器（可位寻址，SFR 地址：88H）

位	名称	功能描述
B7	TF1	T1溢出中断标志 T1计数溢出时由硬件置1，向CPU请求中断；CPU响应中断时由硬件清0（也可由软件查询清0）
B6	TR1	定时器1运行控制位 由软件置1或清0来控制定时器1的启动与停止，清零。当GATE（TMOD.7）=0，TR1=1时就允许T1开始计数，TR1=0时禁止T1计数。当GATE（TMOD.7）=1，TR1=1且INT1输入高电平时，才允许T1计数。
B5	TF0	T0溢出中断标志 T0计数溢出时由硬件置1，向CPU请求中断；CPU，响应中断时由硬件清0（也可由软件查询清0）
B4	TR0	定时器0运行控制位 由软件置1或清0来控制定时器0的启动与停止，清零。当GATE（TMOD.3）=0，TR0=1时就允许T0开始计数，TR0=0时禁止TO计数。当GATE（TMOD.3）=1，TR1=0且INTO输入高电平时，才允许TO计数。
B3	IE1	外部中断1请求标志 INT1/P3.3引脚触发中断时由硬件置1；CPU响应中断后由硬件清0
B2	IT1	外部中断1触发方式选择位 IT1=0：低电平触发方式 IT1=1：下降沿触发方式
B1	IE0	外部中断0请求标志 INT0/P3.2引脚触发中断时由硬件置1；CPU响应中断后由硬件清0（边沿触发方式下）
B0	IT0	外部中断0触发方式选择位 IT0=0：低电平触发方式 IT0=1：下降沿触发方式

3.TMOD：定时器/计数器工作方式控制寄存器（SFR 地址：89H，复位值：00H，不可位寻址）

位	名称	所属定时器	功能描述
7	GATE	定时器1	门控控制位 GATE=1：仅当INT1引脚为高电平且TR1=1时，才允许定时器1计数 GATE=0：仅由TR1控制定时器1的启动
6	C/T	定时器1	定时器/计数器功能选择位 C/T=0：用作定时器（从内部系统时钟输入） C/T=1：用作计数器（从T1/P3.5引脚输入）
5	M1	定时器1	工作方式选择位1
4	M0	定时器1	工作方式选择位0
3	GATE	定时器0	门控控制位 GATE=1：仅当INT0引脚为高电平且TR0=1时，才允许定时器0计数 GATE=0：仅由TR0控制定时器0的启动
2	C/T	定时器0	定时器/计数器功能选择位 C/T=0：用作定时器（从内部系统时钟输入） C/T=1：用作计数器（从T0/P3.4引脚输入）
1	M1	定时器0	工作方式选择位1
0	M0	定时器0	工作方式选择位0

M1	M0	工作方式	说明
0	0	方式0	13位定时器/计数器 TL只用低5位参与分频，TH用整个8位，兼容8048定时模式
0	1	方式1	16位定时器/计数器 TL和TH全部8位参与计数
1	0	方式2	8位自动重装载定时器 当溢出时，TH中存放的值自动重新装入TL，适用于需要精确定时且自动重载的场合
1	1	方式3	定时器0：双8位定时器/计数器 TL0作为8位定时器/计数器，由标准定时器0的控制位控制；TH0仅作为8位定时器，由定时器1的控制位控制 定时器1：停止计数（在此方式下定时器1停止工作）

4.SCON：串行口控制寄存器（可位寻址，SFR 地址：98H）

位	名称	功能描述
B7	SM0 / FE	串行口工作方式选择位（与SM1共同指定四种工作方式）
B6	SM1	串行口工作方式选择位（与SM0共同指定四种工作方式）
B5	SM2	多机通信控制位 方式2/3时：SM2=1，仅当接收到的第9位数据（RB8）为1时才激活RI；SM2=0，无论RB8为何值均激活RI 方式1时：SM2=1，仅当接收到有效停止位时才激活RI 方式0时：SM2应设为0
B4	REN	接收允许控制位 REN=1：允许串行口接收数据 REN=0：禁止串行口接收数据
B3	TB8	发送数据的第9位（方式2/3） 可用于多机通信中的地址/数据标识位，或奇偶校验位，由软件置1或清0
B2	RB8	接收数据的第9位（方式2/3） 方式1时（SM2=0），RB8是接收到的停止位；方式0时不用
B1	TI	发送中断标志 方式0：发送完8位数据后由硬件置1 方式1/2/3：在发送停止位开始时由硬件置1 TI=1表示请求发送中断，必须由用户在中断服务程序中软件清0（硬件不会自动清零）
B0	RI	接收中断标志 方式0：接收到第8位数据后由硬件置1 方式1/2/3且SM2=0：接收到停止位中间时由硬件置1 方式2/3且SM2=1：仅当接收到的第9位数据（RB8）为1且收到停止位中间时由硬件置1 RI=1表示请求接收中断，必须由用户在中断服务程序中软件清0

5.PCON：电源控制寄存器（不可位寻址，SFR 地址：87H）

电源控制寄存器PCON中的SMOD/PCON.7用于设置方式1、方式2、方式3的波特率是否加倍。

位	名称	功能描述
B7	SMOD	波特率选择位 SMOD=1：使串行口方式1、2、3的波特率加倍 SMOD=0：各工作方式的波特率不加倍 复位时SMOD=0
B6	SMOD0	帧错误检测有效控制位 SMOD0=1：SCON寄存器中的SM0/FE位用于FE功能（帧错误检测） SMOD0=0：SCON寄存器中的SM0/FE位用于SM0功能（与SM1一起指定串行口工作方式） 复位时SMOD0=0