单片机控制技术实训：中断处理机制，深入理解单片机响应机制

# 1. 单片机中断处理机制概述

中断是一种硬件机制，当发生特定事件时，中断控制器会向CPU发出中断请求，CPU会暂停当前正在执行的任务，转而执行中断服务程序（ISR）。中断处理机制是单片机系统中非常重要的组成部分，它允许单片机在处理其他任务的同时及时响应外部事件。

中断处理机制主要分为硬件基础和软件设计两个方面。硬件基础包括中断源、中断向量、中断优先级和中断处理流程等，软件设计包括中断服务程序编写、中断嵌套处理和中断处理优化等。

# 2. 单片机中断处理硬件基础

### 2.1 中断源与中断向量

**中断源**

中断源是触发中断请求的事件或信号。在单片机中，中断源可以分为外部中断源和内部中断源。

* **外部中断源：**来自外部设备或信号，如按键按下、串口接收数据等。
* **内部中断源：**来自单片机内部的事件，如定时器溢出、ADC转换完成等。

**中断向量**

中断向量是一个存储中断服务程序入口地址的内存地址表。当发生中断时，单片机会根据中断源查找对应的中断向量，然后跳转到该地址执行中断服务程序。

### 2.2 中断优先级与嵌套

**中断优先级**

中断优先级用于确定当多个中断同时发生时，哪个中断会被优先处理。优先级高的中断会优先响应，而优先级低的中断会被暂时屏蔽。

**中断嵌套**

中断嵌套是指在处理一个中断时，又发生了另一个中断。单片机支持中断嵌套，允许高优先级中断打断低优先级中断的处理。

### 2.3 中断处理流程

当发生中断时，单片机会执行以下中断处理流程：

1. **保存现场：**保存当前正在执行的程序的寄存器值，以便中断处理完成后恢复程序执行。
2. **跳转到中断向量：**根据中断源查找对应的中断向量，并跳转到该地址执行中断服务程序。
3. **执行中断服务程序：**中断服务程序负责处理中断事件，并执行必要的操作。
4. **恢复现场：**恢复中断发生前保存的寄存器值，以便继续执行中断前的程序。

**代码块：**

// 中断处理流程伪代码

void interrupt_handler() {
  // 保存现场
  PUSH_REG(R0);
  PUSH_REG(R1);

  // 跳转到中断向量
  JUMP(INT_VECTOR_TABLE[INT_SRC]);

  // 执行中断服务程序

  // 恢复现场
  POP_REG(R1);
  POP_REG(R0);
}

**逻辑分析：**

* `PUSH_REG(R0)`和`PUSH_REG(R1)`将寄存器R0和R1的值压入堆栈，保存现场。
* `JUMP(INT_VECTOR_TABLE[INT_SRC])`根据中断源（`INT_SRC`）查找中断向量表中的中断向量，并跳转到该地址执行中断服务程序。
* 中断服务程序执行完成后，`POP_REG(R1)`和`POP_REG(R0)`将寄存器R1和R0的值从堆栈弹出，恢复现场。

# 3.1 中断服务程序编写

中断服务程序（ISR）是响应特定中断事件而执行的代码段。它负责处理中断源产生的事件，并执行必要的操作。编写 ISR 时，需要考虑以下原则：

- **简洁性：**ISR 应尽可能简洁，只执行必要的操作。避免在 ISR 中执行耗时的任务或复杂计算。
- **原子性：**ISR 应是原子的，这意味着它不能被其他中断打断。这可以确保