PIC单片机中断处理指南：掌握中断机制，轻松应对突发事件

# 1. PIC单片机中断概述

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）的特定代码段。在PIC单片机中，中断用于响应外部事件或内部事件，例如定时器溢出或I/O端口变化。

中断允许PIC单片机在不影响主程序执行的情况下快速响应事件。它提供了对实时事件的快速处理，并有助于提高系统效率。中断处理机制包括中断源、中断向量和中断优先级，这些将在下一章中详细讨论。

# 2. PIC单片机中断处理机制

### 2.1 中断源和中断向量

PIC单片机具有丰富的中断源，包括外部中断、定时器中断、串口中断等。每个中断源都有一个对应的中断向量地址，当中断发生时，程序会根据中断向量地址跳转到相应的中断服务程序。

中断向量表是一个存储在程序存储器中的特殊区域，它包含了所有中断源的中断向量地址。当中断发生时，程序会根据中断源的编号从中断向量表中获取中断向量地址，然后跳转到该地址执行中断服务程序。

### 2.2 中断处理过程

当中断发生时，PIC单片机将执行以下中断处理过程：

1. **保存当前程序状态：**程序计数器（PC）、工作寄存器（WREG）和状态寄存器（STATUS）的内容被压入堆栈。
2. **跳转到中断向量地址：**根据中断源的编号从中断向量表中获取中断向量地址，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，通常包括读取中断标志位、执行必要的操作和清除中断标志位。
4. **恢复程序状态：**从堆栈中弹出之前保存的程序状态，恢复程序的执行。

### 2.3 中断优先级和嵌套

PIC单片机支持中断优先级和嵌套，允许同时处理多个中断。中断优先级分为高、中、低三个等级，高优先级中断可以打断低优先级中断的执行。

当高优先级中断发生时，正在执行的低优先级中断会被挂起，直到高优先级中断处理完成后再继续执行。中断嵌套是指一个中断服务程序中可以再次发生中断，此时新的中断会打断正在执行的中断服务程序，并按照优先级执行。

**代码块：中断优先级设置**

// 设置定时器0中断为高优先级
INTCONbits.TMR0IE = 1; // 使能定时器0中断
INTCONbits.TMR0IP = 1; // 设置定时器0中断为高优先级

**逻辑分析：**

* `INTCONbits.TMR0IE = 1;`：使能定时器0中断。
* `INTCONbits.TMR0IP = 1;`：将定时器0中断设置为高优先级。

**表格：中断优先级等级**

| 优先级 | 中断源 |
|---|---|
| 高 | 定时器0中断 |
| 中 | 定时器1中断 |
| 低 | 外部中断 |

**mermaid流程图：中断处理过程**

graph LR
subgraph 中断处理过程
    A[中断发生] --> B[保存程序状态]
    B --> C[跳转到中断向量地址]
    C --> D[执行中断服务程序]
    D --> E[恢复程序状态]
end

# 3. PIC单片机中断编程实战

### 3.1 中断服务程序编写

中断服务程序（ISR）是单片机响应中断请求时执行的代码段。ISR必须遵循特定的格式和约定：

- **ISR名称：** ISR名称必须以`_ISR`结尾，例如`_T0Interrupt`。
- **参数：** ISR可以接受一个参数，该参数包含导致中断的中断源信息。
- **保存寄存器：** ISR开始时必须保存所有受中断影响的寄存器，包括`WREG`、`STATUS`和`PCL`。
- **执行中断处理：** ISR执行中断处理代码，例如清除中断标志位、读取输入或执行其他操作。
- **恢复寄存器：** ISR结束时必须恢复所有先前保存的寄存器。
- **返回：** ISR必须使用`RETFIE`指令返回，以恢复中断处理前的程序流。

**代码示例：**

void _T0Interrupt(void) {
  // 保存寄存器
  asm("PUSHF");
  asm("PUSH WREG");

  // 清除中断标志位
  INTCONbits.TMR0IF = 0;

  // 执行中断处理
  // ...

  // 恢复寄存器
  asm("POP WREG");
  asm("POPF");

  // 返回
  asm("RETFIE");
}

### 3.2 中断使能和禁止

中断使能和禁止是控制中断响应的关键操作。

- **中断使能：** 通过设置相应的中断使能位（例如`INTCONbits.GIE`）来使能中断。
- **中断禁止：** 通过清除相应的中断使能位来禁止中断。

**代码示例：**

// 使能全局中断
INTCONbits.GIE = 1;

// 禁止全局中断
INTCONbits.GIE = 0;

### 3.3 中断标志位管理

中断标志位用于指示中断源的状态。每个中断源都有一个对应的中断标志位。

- **中断标志位设置：** 当中断源触发时，相应的中断标志位被置位。
- **中断标志位清除：** 在ISR中执行中断处理后，必须清除相应的中断标志位，以防止重复触发中断。

**代码示例：**

// 清除定时器0中断标志位
INTCONbits.TMR0IF = 0;

# 4. PIC单片机中断应用

### 4.1 定时器中断

定时器中断是PIC单片机中断应用中最为常见的一种。定时器中断可用于产生周期性的事件，从而实现诸如定时、计数、脉宽调制等功能。

PIC单片机提供了多种定时器模块，每个定时器模块都有自己的中断向量。定时器中断的触发条件可以配置，例如：溢出中断、比较匹配中断等。

**代码示例：**

// 初始化定时器1
T1CONbits.TMR1ON = 1;  // 开启定时器1
T1CONbits.T1CKPS = 0b11;  // 设置预分频比为1:8
TMR1 = 0;  // 清除定时器1计数器

// 中断服务程序
void __interrupt(auto_psv) _T1Interrupt()
{
    // 定时器1溢出中断处理
    TMR1 = 0;  // 清除定时器1计数器
    // ... 其他处理
}

**逻辑分析：**

* 初始化定时器1，设置预分频比为1:8，并清除定时器计数器。
* 中断服务程序中，当定时器1溢出时，会执行定时器1溢出中断处理代码，包括清除定时器计数器和执行其他处理。

### 4.2 外部中断

外部中断是PIC单片机中断应用中的另一种常见类型。外部中断可用于响应外部信号的变化，从而实现诸如按键检测、脉冲计数等功能。

PIC单片机提供了多个外部中断引脚，每个外部中断引脚都有自己的中断向量。外部中断的触发条件可以配置，例如：上升沿触发、下降沿触发、电平触发等。

**代码示例：**

// 初始化外部中断INT0
INTCON2bits.INTEDG0 = 0;  // 设置INT0为下降沿触发
INTCON3bits.INT0IE = 1;  // 使能INT0中断

// 中断服务程序
void __interrupt(auto_psv) _INT0Interrupt()
{
    // INT0中断处理
    // ... 其他处理
}

**逻辑分析：**

* 初始化外部中断INT0，设置INT0为下降沿触发，并使能INT0中断。
* 中断服务程序中，当INT0发生下降沿触发时，会执行INT0中断处理代码，包括执行其他处理。

### 4.3 串口中断

串口中断是PIC单片机中断应用中的一种特殊类型。串口中断可用于响应串口数据的接收或发送完成，从而实现诸如数据传输、通信协议等功能。

PIC单片机提供了多个串口模块，每个串口模块都有自己的中断向量。串口中断的触发条件可以配置，例如：接收中断、发送中断、错误中断等。

**代码示例：**

// 初始化串口USART
TXSTA1bits.TXEN = 1;  // 使能USART发送
RCSTA1bits.CREN = 1;  // 使能USART接收
RCSTA1bits.SPEN = 1;  // 使能USART

// 中断服务程序
void __interrupt(auto_psv) _USART1Interrupt()
{
    // USART1接收中断处理
    if (PIR1bits.RC1IF) {
        // ... 接收数据处理
        PIR1bits.RC1IF = 0;  // 清除USART1接收中断标志位
    }

    // USART1发送中断处理
    if (PIR1bits.TX1IF) {
        // ... 发送数据处理
        PIR1bits.TX1IF = 0;  // 清除USART1发送中断标志位
    }
}

**逻辑分析：**

* 初始化串口USART，使能发送和接收功能。
* 中断服务程序中，当USART1发生接收中断或发送中断时，会执行相应的处理代码，包括接收数据处理、发送数据处理，并清除相应的中断标志位。

# 5.1 中断响应时间优化

中断响应时间是指从中断发生到中断服务程序开始执行之间的时间间隔。优化中断响应时间对于实时系统至关重要，可以提高系统的整体性能和可靠性。

### 优化措施

**1. 减少中断处理程序中的代码量**

冗长的中断处理程序会增加中断响应时间。因此，应尽可能减少中断处理程序中的代码量，仅保留必要的操作。

**2. 使用汇编语言编写中断处理程序**

汇编语言比 C 语言执行效率更高，可以减少中断处理程序的执行时间。

**3. 优化中断向量表**

中断向量表是存储中断服务程序地址的表。优化中断向量表可以减少中断处理程序的查找时间。

**4. 使用中断优先级**

中断优先级可以确保重要中断优先于非重要中断得到处理。这可以减少非重要中断对重要中断响应时间的干扰。

**5. 使用中断嵌套**

中断嵌套允许一个中断服务程序在另一个中断服务程序正在执行时发生。这可以减少高优先级中断等待低优先级中断完成的时间。

### 代码示例

以下代码示例展示了如何优化中断响应时间：

// 中断服务程序
void interrupt_handler() {
  // 必要的操作
}

// 中断向量表
const void *interrupt_vector_table[] = {
  interrupt_handler, // 中断 0
  interrupt_handler, // 中断 1
  // ...
};

### 优化效果

通过实施这些优化措施，可以显著减少中断响应时间，从而提高系统的整体性能和可靠性。