单片机外部通讯中断处理技术大揭秘：深入理解，全面掌握

# 1. 单片机外部通讯中断概述

在单片机系统中，外部通讯中断是一种重要的机制，它允许单片机在收到外部事件时暂停当前任务并执行特定操作。外部通讯中断通常用于处理来自外部设备或传感器的异步事件，从而提高系统的响应速度和效率。

外部通讯中断的产生和响应机制涉及中断控制器、中断向量表和中断服务程序。当外部设备或传感器触发中断时，中断控制器会生成一个中断信号，该信号会触发CPU暂停当前任务并跳转到中断向量表中相应的中断服务程序。中断服务程序负责处理中断事件并执行必要的操作，例如读取数据、发送响应或控制外部设备。

# 2. 单片机外部通讯中断处理原理

### 2.1 中断的基本概念和分类

**中断的概念**

中断是一种硬件或软件事件，它会暂停当前正在执行的程序，并跳转到一个专门的处理程序（中断服务程序）中执行。当中断事件发生时，CPU会自动保存当前程序的执行状态，并根据中断向量表中的地址跳转到中断服务程序。

**中断的分类**

中断可以根据其来源和优先级进行分类：

* **外部中断：**由外部设备或信号触发，如串口接收数据、I2C总线通信等。
* **内部中断：**由单片机内部事件触发，如定时器溢出、看门狗复位等。
* **可屏蔽中断：**可以被软件禁止或允许的中断。
* **不可屏蔽中断：**不能被软件禁止的中断，如复位中断。
* **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的执行。

### 2.2 外部通讯中断的产生和响应机制

**中断产生的条件**

外部通讯中断的产生通常需要满足以下条件：

* 外部设备或信号发生变化，如串口接收数据、I2C总线通信。
* 单片机的外中断引脚被配置为中断触发方式。
* 中断使能标志位被置位。

**中断响应机制**

当外部通讯中断产生时，单片机会执行以下响应机制：

1. **保存当前程序状态：**CPU将当前程序计数器（PC）和程序状态字（PSW）压入堆栈。
2. **跳转到中断向量表：**根据中断源地址，CPU从中断向量表中获取中断服务程序的入口地址。
3. **执行中断服务程序：**CPU跳转到中断服务程序，执行中断处理逻辑。
4. **恢复程序状态：**中断服务程序执行完毕后，CPU从堆栈中恢复程序计数器和程序状态字，继续执行中断前的程序。

### 2.3 中断服务程序的编写和执行

**中断服务程序的编写**

中断服务程序是一个独立的函数，用于处理特定的中断事件。其一般结构如下：

void interrupt_service_routine() {
    // 中断处理逻辑
}

**中断服务程序的执行**

中断服务程序的执行过程如下：

1. **进入中断服务程序：**当中断发生时，CPU会自动跳转到中断服务程序的入口地址。
2. **保存寄存器：**中断服务程序通常会保存一些寄存器，如R0、R1等，以备使用。
3. **处理中断：**中断服务程序执行中断处理逻辑，如读取数据、发送数据、更新状态等。
4. **恢复寄存器：**中断服务程序执行完毕后，恢复之前保存的寄存器。
5. **返回中断：**中断服务程序执行 `reti` 指令，返回到中断前的程序。

# 3.1 串口通信中断处理

#### 3.1.1 串口通信中断的配置和初始化

串口通信中断处理涉及配置和初始化串口控制器和中断控制器。以下步骤概述了配置和初始化过程：

1. **配置串口控制器：**
- 设置波特率、数据位、停止位和奇偶校验等串口参数。
- 启用串口中断，如接收中断和发送中断。
- 配置中断优先级和中断向量。

2. **配置中断控制器：**
- 启用串口中断源。
- 设置中断优先级和中断向量。

**代码块：**

// 串口配置
UART_InitTypeDef UART_InitStructure;
UART_InitStructure.BaudRate = 115200;
UART_InitStructure.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
UART_InitStructure.StopBits = UART_STOPBITS_1;
UART_InitStructure.Parity = UART_PARITY_NONE;
UART_InitStructure.HardwareFlowControl = UART_HARDWARE_FLOW_CONTROL_NONE;
UART_Init(USART1, &UART_InitStructure);

// 中断配置
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

**逻辑分析：**

* `UART_Init()` 函数配置串口参数，如波特率、数据位和停止位。
* `NVIC_Init()` 函数配置中断控制器，设置中断优先级和启用中断源。

#### 3.1.2