單片機控制系統中不可缺少的“中斷”基礎知識

　　本連載講解作為嵌入式系統開(kāi)發(fā)技術(shù)人員所必需具備的單片機的基礎知識。繼《《嵌入式編程之單片機的基本構成、工作原理》、《嵌入式編程之單片機的外圍功能電路》、《單片機的編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境》和《單片機外圍功能電路控制的基礎知識》后，最后一期將為大家介紹在單片機控制系統中不可缺少的處理方式--“中斷”的基礎知識。

　　“中斷”與“輪詢(xún)”

　　本期是單片機入門(mén)連載的最后一期。本期我們將說(shuō)明在單片機編程過(guò)程中一定會(huì )遇到的、也是單片機控制中不可缺少的一種處理方式---“中斷”。

　　“中斷”處理并非單片機控制系統所特有的現象，在我們的日常生活中“中斷”的例子也隨處可見(jiàn)。 讓我們來(lái)看看身邊的例子吧。比如盡管您知道今天有快遞送到，但卻不知道快遞送來(lái)的具體時(shí)間，在這種情況下，也許您會(huì )選擇坐在客廳里邊看書(shū)，邊等快遞送來(lái)。在您看書(shū)其間，門(mén)鈴響的時(shí)候就表明快遞到了（有事件發(fā)生）。這就是“中斷”的例子。

　　圖1：“中斷”處理示意圖

　　如果不用“中斷”處理等待方式的話(huà)，在看書(shū)的過(guò)程中，您就不得不經(jīng)常走到門(mén)口去確認快遞是否到了。 像這樣頻繁地確認是否有“事件”發(fā)生的現象，在單片機控制中是通過(guò)軟件編程完成的。我們把這種處理方式稱(chēng)為“輪詢(xún)”（圖2）。

　　圖2：“輪詢(xún)”處理示意圖

　　單片機中的中斷處理

　　實(shí)際上單片機的中斷處理更加復雜，還是以上述事例（邊看書(shū)邊等待快遞送來(lái)）進(jìn)行說(shuō)明。

　　邊看書(shū)邊等待快遞送來(lái)單片機中的處理

　　1） 看書(shū)時(shí)主程序正在執行時(shí)

　　2） 快遞送來(lái)的門(mén)鈴響了有事件發(fā)生，向單片機發(fā)送中斷信號通知

　　3） 中斷看書(shū)過(guò)程單片機接收中斷信號，暫停正在執行的主程序

　　4） 記錄正在看的頁(yè)碼保存當前單片機的狀態(tài)（保存到寄存器中）

　　5） 接收快遞執行對應中斷源的處理（中斷程序）

　　6） 確認剛才所作的記錄返回剛才所保存的單片機的狀態(tài)

　　7） 繼續看書(shū)從暫停的地方開(kāi)始繼續執行程序

　　現在，相信大家對“中斷” 已經(jīng)有所了解了。下面我們來(lái)看看在實(shí)際的“中斷”處理中，單片機內部是怎樣進(jìn)行的。

　　在單片機中，通知事件發(fā)生的中斷信號一般來(lái)自于外部INT引腳的輸入信號，或是來(lái)自定時(shí)器、串行I/F等內部的外圍功能電路的信號。接收中斷信號的是中斷控制器。中斷控制器根據產(chǎn)生的中斷信號的優(yōu)先級，按優(yōu)先級順序發(fā)送給CPU。當然，被設定為無(wú)效的設備所傳送來(lái)的中斷信號是不會(huì )傳給CPU的，您也可以屏蔽或忽略它們。CPU根據從中斷控制器接收到的指示，執行相應的程序（中斷處理）。

　　圖3：?jiǎn)纹瑱C內部的“中斷”處理

　　實(shí)時(shí)處理中斷

　　“中斷”與“輪詢(xún)”看起來(lái)好象可以進(jìn)行同樣的處理，實(shí)際上它們有很大的區別。區別在于當事件發(fā)生時(shí)，中斷方式可以立刻執行對應事件的處理。中斷的這種處理方式被稱(chēng)為是實(shí)時(shí)處理。

　　而在“輪詢(xún)”方式中，如果對發(fā)生事件的監視周期較短的話(huà)也可以實(shí)現實(shí)時(shí)處理，但是在通常情況下，總是有多個(gè)事件發(fā)生，有時(shí)主程序也不允許太短的循環(huán)，所以，難以實(shí)現實(shí)時(shí)處理。

　　當 “中斷” 發(fā)生時(shí)，由于從檢測到事件發(fā)生到切換到中斷處理只需要幾十至幾百個(gè)時(shí)鐘，所以可以在短時(shí)間內對應事件進(jìn)行處理。

　　例如，在鍵輸入或開(kāi)關(guān)輸入的情況下，對于單片機來(lái)說(shuō)開(kāi)關(guān)何時(shí)將被按下是不可預測的事件。所以，如果在主程序中以“輪詢(xún)”的方式監視的話(huà)，將會(huì )無(wú)端浪費CPU的處理時(shí)間，而且，如果要進(jìn)行多個(gè)“輪詢(xún)”處理，則“輪詢(xún)”的周期將會(huì )變長(cháng)。

　　如果不具備單片機的硬件知識，是很難理解和應用“中斷”的。“中斷”的內容也確實(shí)有些難度，但是它卻是單片機系統控制中無(wú)法避開(kāi)的一種處理。所以，大家一定要加深對單片機知識的理解，并熟練掌握“中斷”的基本知識和使用方法！