单片机C语言中断机制：事件响应与程序控制的精髓

# 1. 单片机C语言中断机制概述**

中断机制是单片机系统中一种重要的机制，它允许外部事件或内部事件打断当前正在执行的程序，并执行特定的处理程序。中断机制可以提高系统的实时响应能力，并允许单片机同时处理多个任务。

在单片机C语言中，中断机制由一系列寄存器、中断向量表和中断服务程序组成。当发生中断时，单片机会保存当前程序的执行状态，并跳转到中断向量表中指定的中断服务程序。中断服务程序执行完成后，单片机会恢复到中断前的状态，并继续执行中断前的程序。

# 2.1 中断的分类和优先级

### 2.1.1 外部中断和内部中断

中断分为外部中断和内部中断。外部中断是由外部事件触发的，例如按键按下、定时器溢出等。内部中断是由单片机内部事件触发的，例如串口接收数据、看门狗超时等。

### 2.1.2 中断优先级与嵌套

中断优先级决定了当多个中断同时发生时，哪个中断会被优先处理。单片机通常支持多级中断优先级，优先级高的中断会优先处理。

中断嵌套是指在处理一个中断时，又发生了另一个中断。嵌套中断可以提高系统的实时性，但需要仔细设计和管理，否则可能导致系统混乱。

## 2.2 中断响应过程

### 2.2.1 中断请求与中断向量

当发生中断时，会产生一个中断请求信号。单片机根据中断请求信号的来源，查找到对应的中断向量。中断向量是一个指向中断服务程序的地址。

### 2.2.2 中断服务程序的执行

中断服务程序是处理中断事件的代码段。当中断发生时，单片机会自动跳转到中断服务程序执行。中断服务程序执行完成后，单片机会返回到中断发生前的程序执行点。

## 2.3 中断控制与管理

### 2.3.1 中断使能和禁止

中断使能和禁止可以控制中断的发生。当中断使能时，单片机会响应中断请求；当中断禁止时，单片机会忽略中断请求。

### 2.3.2 中断屏蔽和恢复

中断屏蔽和恢复可以暂时禁止和恢复中断。中断屏蔽时，单片机会忽略所有中断请求；中断恢复时，单片机会重新响应中断请求。

**代码块：中断使能和禁止**

// 中断使能
__asm__("sei");

// 中断禁止
__asm__("cli");

**逻辑分析：**

* `__asm__("sei")`指令将中断标志位（I-bit）置为1，使能中断。
* `__asm__("cli")`指令将中断标志位（I-bit）置为0，禁止中断。

**表格：中断优先级**

| 中断源 | 优先级 |
|---|---|
| 看门狗中断 | 1 |
| 串口中断 | 2 |
| 定时器中断 | 3 |
| 按键中断 | 4 |

**mermaid流程图：中断响应过程**

graph LR
subgraph 中断响应过程
    start[中断发生] --> A[中断请求]
    A --> B[查找到中断向量]
    B --> C[跳转到中断服务程序]
    C --> D[执行中断服务程序]
    D --> E[返回到中断发生前的程序执行点]
end

# 3. 中断机制的实践应用

### 3.1 外部中断的应用

#### 3.1.1 按键和开关中断

**操作步骤：**

1. 初始化按键或开关引脚为输入模式。
2. 编写中断服务程序，响应按键或开关的触发。
3. 在中断服务程序中，执行相应的处理逻辑，如读取按键或开关状态、更新系统状态等。

**代码示例：**

// 按键中断服务程序
void key_interrupt_handler() {
    // 读取按键状态
    uint8_t key_state = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_PIN_0);

    // 根据按键状态执行相应处理逻辑
    if (key_state == 0) {
        // 按键按下
        // ...
    } else {
        // 按键松开
        // ...
    }
}

// 初始化按键中断
void key_interrupt_init() {
    // 设置按键引脚为输入模式
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 配置中断
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
    NVIC_InitStruct.IRQChannel = EXTI0_IRQn;
    NVIC_InitStruct.PreemptPriority = 0;
    NVIC_InitStruct.SubPriority = 0;
    NVIC_InitStruct.Enable = 1;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);

    // 使能中断
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStruct;
    EXTI_InitStruct.Line = EXTI_LINE_0;
    EXTI_InitStruct.Mode = EXTI_MODE_INTERRUPT;
    EXTI_InitStruct.Trigger = EXTI_TRIGGER_RISING;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStruct);
}

**逻辑分析：**

* `key_interrupt_handler()` 函数为按键中断服务程序，负责响应按键触发并执行相应的处理逻辑。
* `