单片机程序设计中的中断处理技术：实时响应事件

# 1. 中断处理技术概述**

中断处理技术是一种计算机系统中处理外部事件或请求的机制。它允许处理器在执行当前任务时暂停，并响应外部事件或请求。中断处理技术在单片机、嵌入式系统和实时系统中广泛应用，用于处理各种外部事件，如按键按下、定时器溢出和通信数据接收。

中断处理技术主要包括中断源、中断向量表、中断处理程序和中断优先级等组成部分。中断源是指触发中断的事件或请求，中断向量表是存储中断处理程序地址的表，中断处理程序是响应中断事件的代码段，中断优先级决定了中断处理的顺序。

# 2. 单片机中断处理机制

### 2.1 中断源和中断向量表

**中断源**

中断源是触发中断事件的硬件或软件事件。单片机中常见的中断源包括：

* 外部中断：由外部设备或信号触发，如按钮按下、串口接收数据等。
* 定时器中断：由单片机的定时器模块产生，用于定时或周期性任务。
* 串口中断：由单片机的串口模块产生，用于数据传输。
* 看门狗中断：由单片机的看门狗模块产生，用于防止程序死循环。

**中断向量表**

中断向量表是一个存储中断处理程序地址的表。当中断发生时，单片机会根据中断源的编号从中断向量表中获取对应的中断处理程序地址，并跳转到该地址执行中断处理程序。

### 2.2 中断处理流程

当中断发生时，单片机会执行以下中断处理流程：

1. **保存当前程序状态：**单片机将当前程序计数器（PC）和程序状态字（PSW）压入堆栈。
2. **跳转到中断处理程序：**单片机根据中断源的编号从中断向量表中获取中断处理程序地址，并跳转到该地址执行中断处理程序。
3. **执行中断处理程序：**中断处理程序负责处理中断事件，如读取输入数据、处理定时器中断等。
4. **恢复程序状态：**中断处理程序执行完成后，单片机从堆栈中弹出保存的程序计数器和程序状态字，恢复到中断发生前的程序状态。
5. **返回主程序：**单片机继续执行主程序。

### 2.3 中断优先级和嵌套

**中断优先级**

单片机中的中断可以设置优先级，优先级高的中断可以打断优先级低的中断。当多个中断同时发生时，单片机会优先处理优先级最高的中断。

**中断嵌套**

中断嵌套是指在中断处理程序执行过程中又发生了另一个中断。单片机支持中断嵌套，但需要小心处理，避免死锁或数据损坏。

**代码块：中断优先级和嵌套示例**

#include <stdint.h>

// 中断优先级定义
#define PRIORITY_HIGH 0
#define PRIORITY_LOW 1

// 中断向量表
const uint32_t interrupt_vector_table[] = {
    // 外部中断 0
    (uint32_t)interrupt_handler_0,
    // 定时器中断
    (uint32_t)interrupt_handler_1,
    // 串口中断
    (uint32_t)interrupt_handler_2,
};

// 外部中断 0 处理程序
void interrupt_handler_0(void) {
    // 处理外部中断 0
}

// 定时器中断处理程序
void interrupt_handler_1(void) {
    // 处理定时器中断
}

// 串口中断处理程序
void interrupt_handler_2(void) {
    // 处理串口中断
}

int main(void) {
    // 设置外部中断 0 为高优先级
    NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, PRIORITY_HIGH);

    // 设置定时器中断为低优先级
    NVIC_SetPriority(TIM1_IRQn, PRIORITY_LOW);

    // 启用中断
    NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
    NVIC_EnableIRQ(TIM1_IRQn);

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

    return 0;
}

**逻辑分析：**

* 该代码定义了中断优先级和中断向量表。
* 外部中断 0 被设置为高优先级，定时器中断被设置为低优先级。
* 当外部中断 0 和定时器中断同时发生时，外部中断 0 将被优先处理。
* 中断处理程序负责处理各自的中断事件。

# 3. 中断处理程序设计

### 3.1 中断处理程序的结构和编写

中断处理程序是响应中断请求而执行的一段代码。它通常具有以下结构：

- **中断入口点：**这是中断处理程序的入口点，通常由中断向量表中的地址指定。
- **保存寄存器：**中断处理程序首先需要保存当前寄存器的值，以防止它们在中断处理过程中被覆盖。
- **中断处理逻辑：**这是中断处理程序的核心部分，它包含处理中断请求所需的代码。
- **恢复寄存器：**在中断处理逻辑完成后，中断处理程序需要恢复之前保存的寄存器值。
- **中断退出：**中断处理程序的最后一步是执行中断退出指令，这将使处理器从中断处理程序返回到中断前的代码。

编写中断处理程序时，需要考虑以下几点：

- **原子性：**中断处理程序必须是原子的，这意味着它不能被其他中断打断。
- **简洁性：**中断处理程序应该尽可能简洁，以减少中断处理时间。
- **可重入性：**如果中断处理程序可能被多个中断源触发