单片机中断原理与应用技巧

# 1. 引言

## 1.1 单片机中断概述

单片机中断是指在单片机运行过程中，当发生特定事件时，会打断正常的程序执行，转而去执行一个中断服务程序，完成特定的任务。中断可以提高系统的响应速度和处理效率，是单片机应用中至关重要的一项技术。

## 1.2 中断原理简介

中断原理是指单片机中断系统的工作原理。当发生中断事件时，单片机会响应中断请求，暂停正在执行的程序，保存相关的状态信息，然后转到中断服务程序去执行相应的任务。中断服务程序完成后，再返回到原来的程序继续执行。

中断的原理是通过优先级和中断屏蔽来实现的，每个中断都有一个优先级，当同一时刻发生多个中断时，优先级较高的中断会被优先处理。同时，中断也可以通过屏蔽来控制是否允许中断发生。中断原理的正确理解对于设计和调试中断程序具有重要的意义。

下面，我们将进一步介绍不同类型和分类的中断，并详细讲解单片机中断的基本流程。

# 2. 中断类型与分类

在单片机中，中断可以按照不同的方式进行分类，这有助于我们更好地理解和应用中断技术。下面我们将介绍几种常见的中断分类。

### 2.1 外部中断与内部中断

根据中断的来源，可以将中断分为外部中断和内部中断。

外部中断是由外部设备发出的中断请求，比如按键点击、传感器信号触发等。当外部设备发出中断请求时，单片机会立即响应，并跳转到相应的中断处理程序中执行相应操作。

内部中断是由单片机内部产生的中断请求，常见的有定时器中断、串口中断等。这些中断是由单片机自身的功能模块触发的，可以在编程时进行配置和控制。

### 2.2 可屏蔽中断与不可屏蔽中断

根据中断的屏蔽能力，可以将中断分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断。

可屏蔽中断是指可以被屏蔽（暂时忽略）的中断，通过设置特定的寄存器位或者使用特定的指令来屏蔽中断。当进行某些关键的操作时，为了保证数据的完整性和可靠性，需要屏蔽一些中断。

不可屏蔽中断是指无法被屏蔽的中断，通常是一些高优先级的中断，比如系统故障、紧急事件等。当发生不可屏蔽中断时，单片机必须立即响应，暂时中断正在执行的任务。

### 2.3 优先级中断与非优先级中断

根据中断的优先级，可以将中断分为优先级中断和非优先级中断。

优先级中断是指具有较高优先级的中断，在多个中断请求同时发生时，系统会优先响应优先级较高的中断。这样可以保证关键任务的及时执行，提高系统的实时性。

非优先级中断是指优先级较低的中断，在多个中断请求同时发生时，优先级较高的中断会被响应，而优先级较低的中断则被延后。非优先级中断常用于一些不那么紧急的任务，或者作为辅助功能的中断。

通过以上的介绍，我们了解了中断的类型和分类，这对于我们理解和应用中断技术非常重要。接下来，我们将深入探讨单片机中断的基本流程。

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# 3. 单片机中断的基本流程

#### 3.1 中断请求与中断响应过程

在单片机中，当外部设备发生某种条件满足时（如按键按下、定时器计时结束、外部传感器信号达到阈值等），会产生中断请求信号，通知CPU需要立即暂停当前任务去处理这个事件。CPU在接收到中断请求后，会立即保存当前的执行状态，跳转到相应的中断服务程序中去处理中断事件，处理完毕后再返回到原来的任务继续执行。这个过程就是中断的基本流程。

这里简要演示一个基于Python的中断请求和中断响应的触发过程示例：

import RPi.GPIO as GPIO
import time
import signal

# 设置GPIO引脚
button_pin = 17

# 初始化GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(button_pin, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)

# 定义中断处理函数
def button_callback(channel):
    print("Button pressed")

# 注册中断处理函数
GPIO.add_event_detect(button_pin, GPIO.FALLING, callback=button_callback, bouncetime=300)

try:
    while True:
        time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()

代码总结：上述代码使用了GPIO模块来处理树莓派上的外部中断，当引脚17上的按键按下时，会触发中断并调用button_callback函数。代码中的GPIO.add_event_detect函数用于注册中断处理函数，指定了引脚、触发类型和中断处理函数。同时，代码中也对按键中断的消抖进行了处理。

结果说明：当按下外部按键时，终端会输出"Button pressed"，表示中断处理函数被成功触发。

#### 3.2 中断向量与中断服务程序

在单片机中，每种中断都有一个固定的中断向量，用于标识这个中断类型。当发生中断时，CPU会根据中断类型找到对应的中断向量，然后跳转到中断服务程序执行具体的中断处理操作。

以下为一个简单的中断服务程序示例，演示了一个定时器中断的应用：

import time
import signal

# 定义中断服务程序
def timer_interrupt_handler(signum, frame):
    print("Time