单片机指令程序设计中的中断处理：原理与应用，掌握实时响应

# 1. 单片机中断处理概述

中断处理是单片机系统中一种重要的机制，它允许单片机在执行主程序时，响应外部事件或内部事件的请求，及时执行相应的处理程序。

中断处理机制包括中断源、中断向量表、中断服务程序和中断使能寄存器等。中断源可以是外部事件（如外部中断、定时器中断等）或内部事件（如指令执行异常、总线错误等）。中断向量表是一个存储中断服务程序地址的表，当发生中断时，单片机根据中断源的类型，从中断向量表中获取相应的中断服务程序地址，并跳转到该地址执行中断处理程序。

# 2. 单片机中断处理原理

### 2.1 中断的概念和分类

**中断的概念**

中断是一种硬件机制，当系统中发生特定事件时，处理器会暂停当前正在执行的程序，转而执行一个特殊程序（中断服务程序）。中断事件可能是由外部设备（如按钮、传感器）或内部事件（如定时器溢出）触发。

**中断的分类**

中断根据其来源和优先级可以分为以下几类：

* **外部中断：**由外部设备（如按钮、传感器）触发的中断。
* **内部中断：**由内部事件（如定时器溢出、数据传输完成）触发的中断。
* **可屏蔽中断：**可以被处理器屏蔽或禁止的中断。
* **不可屏蔽中断：**不能被处理器屏蔽的中断，通常用于处理紧急事件。
* **优先级中断：**具有不同优先级的中断，当发生多个中断时，处理器会优先执行优先级最高的中断。

### 2.2 中断处理流程

当发生中断事件时，处理器会执行以下步骤：

1. **保存当前程序状态：**处理器将当前程序的程序计数器（PC）、程序状态字（PSW）和寄存器的内容压入堆栈。
2. **确定中断源：**处理器通过中断向量表确定中断源，即触发中断的设备或事件。
3. **跳转到中断服务程序：**处理器根据中断源跳转到相应的中断服务程序。
4. **执行中断服务程序：**中断服务程序处理中断事件，如读取输入、发送输出或更新数据。
5. **恢复当前程序状态：**中断服务程序执行完毕后，处理器从堆栈中恢复当前程序的状态，并继续执行中断前的程序。

### 2.3 中断服务程序设计

中断服务程序（ISR）是响应中断事件执行的特殊程序。设计 ISR 时应遵循以下原则：

* **简洁高效：**ISR 应尽可能简洁高效，避免执行不必要的操作。
* **原子性：**ISR 应是原子的，即不可被其他中断打断。
* **可重入性：**ISR 应可重入，即可以被多个中断同时调用。
* **保存和恢复寄存器：**ISR 应保存和恢复所有被修改的寄存器，以确保程序状态的一致性。
* **避免死锁：**ISR 应避免死锁，如避免在 ISR 中调用会触发中断的函数。

// 外部中断 0 服务程序
void ISR_EXTI0() {
  // 保存寄存器
  PUSH_REG(R0);
  PUSH_REG(R1);

  // 读取输入
  uint8_t input = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_PIN_0);

  // 处理中断事件
  if (input == 1) {
    // 执行操作 1
  } else {
    // 执行操作 2
  }

  // 恢复寄存器
  POP_REG(R1);
  POP_REG(R0);

  // 清除中断标志位
  EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
}

**逻辑分析：**

* ISR_EXTI0() 函数是外部中断 0 的服务程序。
* 函数首先保存寄存器 R0 和 R1，以防止它们被中断事件修改。
* 然后读取 GPIOA 的第 0 个引脚的输入值，并根据输入值执行不同的操作。
* 最后，恢复寄存器 R1 和 R0