单片机微课程序设计中的中断处理：掌握异步事件响应，构建稳定系统

# 1. 单片机微课程序设计中的中断处理概述

中断处理是单片机微课程序设计中非常重要的一个概念，它允许单片机在执行当前任务的同时，响应来自外部或内部事件的请求。中断处理机制可以提高单片机的响应速度和效率，并使程序结构更加清晰和可维护。

中断处理的基本原理是，当一个中断事件发生时，单片机会暂停当前正在执行的任务，并跳转到一个专门的中断服务程序（ISR）中。ISR负责处理中断事件，并执行必要的操作。处理完成后，单片机返回到中断发生前的状态，继续执行原先的任务。

中断处理在单片机系统中有着广泛的应用，包括外部设备的输入输出操作、定时器事件处理、错误检测和处理等。通过合理使用中断处理机制，可以大大提高单片机系统的性能和可靠性。

# 2.1 中断的概念和分类

### 2.1.1 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，并强制处理器执行一段特定的代码（称为中断服务程序）。中断通常用于处理紧急事件或需要快速响应的事件。

### 2.1.2 中断的分类

中断可以根据其来源和特性进行分类：

- **外部中断：**由外部设备或事件触发，例如按键按下、定时器溢出或串口接收数据。
- **内部中断：**由处理器内部事件触发，例如算术运算溢出、内存访问错误或异常情况。
- **可屏蔽中断：**可以被处理器屏蔽或禁止的，允许在需要时暂时禁用中断。
- **不可屏蔽中断：**不能被处理器屏蔽，始终处于活动状态，用于处理最紧急的事件。
- **嵌套中断：**当一个中断服务程序正在执行时，另一个中断可以打断它，形成中断嵌套。

### 2.1.3 中断处理流程

当发生中断时，处理器会执行以下步骤：

1. **保存当前程序状态：**处理器将当前程序计数器 (PC) 和程序状态寄存器 (PSW) 压入堆栈。
2. **跳转到中断向量表：**处理器根据中断源的地址跳转到中断向量表，该表中包含每个中断服务程序的入口地址。
3. **执行中断服务程序：**处理器执行与该中断源关联的中断服务程序。
4. **恢复程序状态：**中断服务程序完成后，处理器从堆栈中恢复 PC 和 PSW，继续执行中断前的程序。

### 2.1.4 中断优先级

当多个中断同时发生时，处理器需要确定优先处理哪个中断。中断优先级决定了中断的处理顺序。优先级较高的中断会优先处理，而优先级较低的中断会被推迟。

中断优先级通常是可配置的，允许系统根据需要调整中断处理顺序。

# 3. 中断处理的实践应用

### 3.1 外部中断处理

#### 3.1.1 中断源的配置和初始化

外部中断是由外部设备或信号触发的，需要对中断源进行配置和初始化才能使用。

**配置中断源**

* **识别中断源：**确定触发中断的外部设备或信号。
* **设置中断引脚：**选择一个 I/O 引脚作为中断引脚，并将其配置为中断输入。
* **设置中断类型：**选择中断触发类型，如上升沿、下降沿或电平触发。

**初始化中断**

* **使能中断：**在中断控制器中使能相应的外部中断。
* **设置中断优先级：**如果系统支持中断优先级，则设置外部中断的优先级。

#### 3.1.2 中断服务程序的编写和调试

中断服务程序 (ISR) 是响应中断触发的代码段。

**编写 ISR**

* **定义 ISR：**使用特定的编译器语法定义 ISR，通常以 `interrupt` 或 `__interrupt` 关键字开头。
* **保存寄存器：**在 ISR 的开头保存关键寄存器，以防止中断嵌套时数据丢失。
* **处理中断：**根据中断源，执行相应的处理逻辑。
* **恢复寄存器：**在 ISR 的结尾恢复先前保存的寄存器。

**调试 ISR**

* **设置断点：**在 ISR 中设置断点，以方便调试。
* **使用单步执行：**单步执行 ISR，以检查代码逻辑和寄存器值。
* **检查中断标志：**确保在 ISR 中正确检查和清除中断标志。