单片机控制系统中断处理机制：剖析中断响应原理，优化系统性能

# 1. 单片机中断处理机制概述

中断是一种硬件机制，允许外部事件或内部事件打断当前正在执行的程序，并强制处理器执行特定任务。在单片机系统中，中断处理机制至关重要，因为它提供了对外部事件的快速响应和实时控制。

中断处理机制包括中断源、中断响应过程和中断处理程序。中断源是指触发中断的事件，可以是外部设备（例如按钮或传感器）或内部事件（例如定时器溢出）。中断响应过程涉及中断请求的产生、中断向量表的定位和中断服务程序的执行。中断处理程序是专门用于处理中断事件的代码段。

# 2. 中断处理原理剖析

### 2.1 中断源和中断类型

中断源是触发中断请求的事件或条件，它可以分为外部中断源和内部中断源。

#### 2.1.1 外部中断源

外部中断源是由外部设备或信号触发的，例如：

- **外部中断引脚：**单片机上专门用于接收外部中断信号的引脚。
- **定时器：**当定时器达到预设值时触发中断。
- **串口：**当串口收到数据或发生错误时触发中断。

#### 2.1.2 内部中断源

内部中断源是由单片机内部事件触发的，例如：

- **算术运算溢出：**当算术运算结果超出寄存器范围时触发中断。
- **存储器访问错误：**当访问不存在或受保护的存储器区域时触发中断。
- **看门狗：**当看门狗计时器超时时触发中断。

### 2.2 中断响应过程

当中断源产生中断请求时，单片机将执行以下中断响应过程：

#### 2.2.1 中断请求的产生

当中断源触发中断请求时，它会向单片机的中断控制器发送一个中断信号。中断控制器负责接收和管理中断请求。

#### 2.2.2 中断向量表的定位

中断控制器根据中断请求的类型，从中断向量表中找到与之对应的中断服务程序（ISR）的地址。中断向量表是一个存储中断服务程序地址的特殊内存区域。

#### 2.2.3 中断服务程序的执行

单片机将程序计数器（PC）指向中断服务程序的地址，开始执行中断服务程序。中断服务程序负责处理中断源产生的事件或条件。

### 2.3 中断优先级和嵌套

#### 2.3.1 中断优先级设置

为了避免多个中断同时发生时出现冲突，单片机为每个中断源分配了一个优先级。当多个中断同时发生时，优先级较高的中断将被优先处理。

#### 2.3.2 中断嵌套处理

中断嵌套是指在中断服务程序执行过程中，又发生了另一个中断请求。单片机支持中断嵌套，允许高优先级中断打断低优先级中断的执行。

// 中断服务程序ISR1
void ISR1() {
  // ISR1的处理代码
  // 发生中断嵌套，执行ISR2
  ISR2();
}

// 中断服务程序ISR2
void ISR2() {
  // ISR2的处理代码
}

在上面的代码中，ISR1是优先级较低的中断服务程序，ISR2