單片機(jī)的中斷處理機(jī)制詳解

前言

單片機(jī)多用于物聯(lián)網(wǎng)、自動控制系統(tǒng)、智能家電等領(lǐng)域，要求單片機(jī)能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)外部觸發(fā)的事件，中斷機(jī)制是單片機(jī)響應(yīng)外部事件的重要方法。

單片機(jī)多用于物聯(lián)網(wǎng)、自動控制系統(tǒng)、智能家電等領(lǐng)域，要求單片機(jī)能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)外部觸發(fā)的事件。例如在智能家電領(lǐng)域，人們可以用手機(jī)中的APP就可以遠(yuǎn)程控制家電的開啟或關(guān)閉，智能家電的核心部分就是單片機(jī)，智能家電只要通電，單片機(jī)就進(jìn)入工作狀態(tài)，等待外部事件的觸發(fā)，當(dāng)人們通過手機(jī)APP發(fā)送控制信號后，智能家電的信號接收部分接收到控制信號，通過單片機(jī)的中斷機(jī)制通知單片機(jī)，對用戶發(fā)送的控制信號進(jìn)行處理。

如上圖所示，智能家電通電后，執(zhí)行單片機(jī)內(nèi)的主程序，主程序主要用于實(shí)時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并調(diào)用相應(yīng)的事件處理程序。如用戶通過手機(jī)發(fā)送控制信號、用戶通過家電控制面板向家電發(fā)出控制指令等。

單片機(jī)如何實(shí)時(shí)響應(yīng)外部事件呢？單片機(jī)通過中斷機(jī)制來實(shí)時(shí)響應(yīng)外部事件，中斷是指單片機(jī)在執(zhí)行主程序時(shí)，發(fā)生外部事件A，請求單片機(jī)迅速處理（中斷請求），單片機(jī)暫停當(dāng)前的主程序（中斷響應(yīng)），保存當(dāng)前斷點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后調(diào)用事件A的處理程序進(jìn)行事件響應(yīng)，事件A處理完成后，主程序恢復(fù)斷點(diǎn)處的數(shù)據(jù)，并繼續(xù)執(zhí)行主程序。

為了更容易理解中斷的概念，我們舉一個(gè)生活中的中斷場景：你正在家中讀書或?qū)W習(xí)（主程序），快遞來電話讓你取快遞（中斷請求），于是你暫時(shí)停止讀書或?qū)W習(xí)（設(shè)置斷點(diǎn)，進(jìn)入中斷），去取快遞（執(zhí)行中斷），取完快遞后（中斷返回），你繼續(xù)讀書或?qū)W習(xí)（繼續(xù)執(zhí)行主程序），在你讀書和學(xué)習(xí)過程中，就發(fā)生了一次取快遞的中斷。

引起單片機(jī)中斷的來源稱為中斷源，中斷源向單片機(jī)發(fā)出中斷請求，單片機(jī)暫停主程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去處理中斷事件，對事件處理完畢，再回到原來被中斷的地方（斷點(diǎn)）繼續(xù)執(zhí)行主程序。中斷源可以是傳感器、串口、鍵盤等外部設(shè)備，這些外部設(shè)備如何向51單片機(jī)發(fā)送中斷請求呢？51單片機(jī)通過P3.2端口、P3.3端口引入外部中斷，該端口為低電平或下降沿時(shí)會引發(fā)中斷，P3.2端口的中斷名稱為INT0，P3.3端口的中斷名稱為INT1，外部設(shè)備可以連接這兩個(gè)端口向單片機(jī)發(fā)送中斷請求。

上圖給出了一個(gè)單片機(jī)中斷場景，按鈕接P3.2端口，即單片機(jī)外部中斷INT0，按鈕的另一端接地，P3.2端口與地接通，輸入低電平，觸發(fā)INT0中斷請求，單片機(jī)主程序調(diào)用INT0中斷函數(shù)，給P1.0端口送入低電平，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，當(dāng)按鈕再次被按下時(shí)，再次觸發(fā)INT0中斷請求，單片機(jī)主程序調(diào)用INT0中斷函數(shù)，給P1.0端口送入高電平，發(fā)光二極管熄滅，……，以此類推每次按下按鈕都會觸發(fā)INT0中斷請求，發(fā)光二極管狀態(tài)取反（點(diǎn)亮或熄滅）。

單片機(jī)內(nèi)運(yùn)行的完整C程序如下：

#include
sbit led0 = P1^0;
void main()
{
       EA = 1;
       EX0 = 1;
       led0 = 1;
       while(1);
}


void t1() interrupt 0
{
       led0 = ~led0;
}

在上面的代碼中，函數(shù)t1()為定義的外部INT0中斷處理函數(shù)，51單片機(jī)中斷處理函數(shù)格式如下：

void 函數(shù)名() interrupt 中斷號using 工作組

{

中斷處理代碼

}

中斷處理函數(shù)不返回任何值，因此函數(shù)的返回類型為void，函數(shù)名命名規(guī)則和C函數(shù)相同，中斷函數(shù)不能帶任何參數(shù)，interrupt是定義中斷處理函數(shù)關(guān)鍵字，中斷號是中斷源的序號，該序號是編譯器識別不同中斷的唯一符號，在寫中斷處理函數(shù)時(shí)必須要對應(yīng)正確的中斷號，“using 工作組”是設(shè)置該中斷處理函數(shù)使用單片機(jī)內(nèi)存4組工作寄存器的那一組，編譯器在編譯時(shí)會自動分配寄存器工作組，因此該語句可以省略。

前面代碼的t1()就是中斷處理函數(shù)，中斷序號為0（INT0中斷），該中斷處理函數(shù)只有一條語句，改變P1.0端口的電平狀態(tài)。

51單片機(jī)一共有五個(gè)中斷源，分別對應(yīng)五個(gè)中斷序號，中斷源說明如下：

INT0——外部中斷0，中斷序號為0，由P3.2端口觸發(fā)該中斷，低電平或下降沿觸發(fā)。

T0——定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷，中斷序號為1，由T0計(jì)數(shù)器計(jì)滿回零觸發(fā)。

INT1——外部中斷1，中斷序號為2，由P3.3端口觸發(fā)該中斷，低電平或下降沿觸發(fā)。

T1——定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷，中斷序號為3，由T1計(jì)數(shù)器計(jì)滿回零觸發(fā)。

T1/R1——串行口中斷，串行口端口完成一幀字符發(fā)送/接收后觸發(fā)。

根據(jù)中斷來源的類型，可將中斷劃分為外部中斷和內(nèi)部中斷，外部中斷為INT0、INT1、T1/R1，內(nèi)部中斷為T0、T1。外部中斷是單片機(jī)實(shí)時(shí)地處理外部事件的一種中斷機(jī)制，當(dāng)某種外部事件發(fā)生時(shí)，單片機(jī)的中斷系統(tǒng)將迫使CPU暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而去進(jìn)行中斷事件的處理；中斷處理完畢后．又返回被中斷的程序處，繼續(xù)執(zhí)行下去。內(nèi)部中斷是由單片機(jī)中斷指令引發(fā)的中斷，如T0和T1由內(nèi)部中斷指令觸發(fā)。

單片機(jī)可以配置中斷功能的啟用和關(guān)閉，它通過中斷允許寄存器IE來設(shè)定各個(gè)中斷源的打開和關(guān)閉，IE是特殊功能寄存器，寄存器地址是A8H，該寄存器允許位操作，位地址由低位到高位分別是A8H~AFH，單片機(jī)復(fù)位是IE寄存器的全部位都清零，即關(guān)閉所有中斷功能，若要開啟中斷功能，需要在程序中開啟。中斷允許寄存器IE位定義見下表。

EA是全局中斷允許位，要開啟某個(gè)中斷源，先要設(shè)置EA為1，然后再設(shè)置該中斷源的中斷允許位。

在前面中斷場景的main()函數(shù)代碼中，EA = 1語句打開全局中斷，EX0 = 1語句開啟外部中斷0，led0 = 1語句設(shè)置P1.0端口默認(rèn)為高電平，while(1)語句為無限循環(huán)，讓主程序一直在運(yùn)行狀態(tài)，等待外部事件的中斷請求。

下圖是前面中斷場景的電路設(shè)計(jì)圖，在P3.2端口（INT0中斷）接入一個(gè)按鈕，按鈕的另一端接地。按鈕元器件的添加方法如下：打開元件庫，使用關(guān)鍵詞“button”搜索按鈕電子元器件，添加按鈕電路模型元器件庫。

前面中斷場景的C程序編譯完成，將執(zhí)行程序加載到單片機(jī)內(nèi)，啟動單片機(jī)，重復(fù)按下按鈕，發(fā)光二極管狀態(tài)（點(diǎn)亮或熄滅）將反轉(zhuǎn)。