单片机程序设计中的中断处理技术

# 1. 中断处理技术概述**

中断处理技术是一种允许外部事件或设备在不影响当前程序执行的情况下向处理器发送信号的机制。它在嵌入式系统中至关重要，因为这些系统需要对外部事件做出快速响应。

中断处理通常涉及以下步骤：

- **中断请求：**外部事件或设备向处理器发送中断请求信号。
- **中断响应：**处理器检测到中断请求并暂停当前正在执行的程序。
- **中断服务程序执行：**处理器执行与中断请求关联的中断服务程序（ISR），该程序处理中断事件。
- **中断返回：**ISR执行完成后，处理器恢复当前正在执行的程序。

# 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，当发生特定事件时，它会暂停当前正在执行的程序，并跳转到一个称为中断服务程序（ISR）的特殊代码段。中断事件可以由外部设备（如按键、串口）或内部事件（如定时器溢出）触发。

**中断分类**

中断根据其来源和优先级进行分类：

* **外部中断：**由外部设备触发的中断，如按键按下、串口接收数据。
* **内部中断：**由单片机内部事件触发的中断，如定时器溢出、看门狗复位。
* **可屏蔽中断：**可以被软件禁用或使能的中断。
* **不可屏蔽中断：**始终处于使能状态，无法被软件禁用。
* **优先级中断：**具有不同优先级的中断，高优先级中断可以打断低优先级中断。

### 2.2 中断处理流程

**中断处理流程图：**

graph LR
subgraph 中断处理流程
    A[中断发生] --> B[保存现场]
    B --> C[执行中断服务程序]
    C --> D[恢复现场]
    D --> E[返回中断发生前的程序]
end

**中断处理流程：**

1. **中断发生：**当发生中断事件时，单片机会暂停当前正在执行的程序。
2. **保存现场：**单片机将当前程序计数器（PC）、程序状态寄存器（PSW）等寄存器值压入堆栈。
3. **执行中断服务程序：**单片机跳转到中断服务程序（ISR）的入口地址，执行中断处理代码。
4. **恢复现场：**中断处理完成后，单片机从堆栈中弹出保存的寄存器值，恢复中断发生前的状态。
5. **返回中断发生前的程序：**单片机返回到中断发生前的程序继续执行。

### 2.3 中断优先级和嵌套

**中断优先级**

中断优先级决定了当多个中断同时发生时，哪个中断将被优先处理。具有较高优先级的中断可以打断具有较低优先级的中断。

**中断嵌套**

中断嵌套是指一个中断服务程序（ISR）正在执行时，又发生了另一个中断。中断嵌套的深度取决于单片机的硬件设计。

**中断优先级和嵌套的代码示例：**

// 中断优先级定义
#define HIGH_PRIORITY 1
#define LOW_PRIORITY 0

// 中断服务程序
void high_priority_isr() {
    // 高优先级中断处理代码
}

void low_priority_isr() {
    // 低优先级中断处理代码
}

// 主程序
int main() {
    // 设置中断优先级
    set_interrupt_priority(HIGH_PRIORITY, high_priority_isr);
    set_interrupt_priority(LOW_PRIORITY, low_priority_isr);

    // 启用中断
    enable_interrupts();

    // 主程序循环
    while (1) {
        // ...
    }
}

**代码逻辑分析：**

* `set_interrupt_priority()` 函数用于设置中断优先级，参数 1 表示高优先级，参数 2 表示低优先级。
* `enable_interrupts()` 函数用于启用中断。
* 当高优先级中断发生时，它会打断低优先级中断，并执行 `high_priority_isr()` 函数。
* 当低优先级中断发生时，它会在 `high_priority_isr()` 函数执行完成后执行 `low_priority_isr()` 函数。

# 3. 单片机中断处理实践

### 3.1 中断服务程序的编写

中断服务程序（ISR）是单片机响应中断请求时执行的代码段。编写 ISR 时，需要遵循以下原则：

- **简洁高效：**ISR 应尽可能简洁高效，避免执行耗时的操作或复杂的算法。
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