单片机C语言程序设计中的中断处理：实时响应，掌控外部事件

# 1. 单片机C语言程序设计概述

单片机C语言程序设计是一种使用C语言对单片机进行编程的技术。单片机是一种集成了CPU、存储器、输入/输出接口等功能的微型计算机，广泛应用于嵌入式系统中。

C语言是一种高级编程语言，具有结构化、模块化、可移植性等特点。使用C语言进行单片机编程，可以提高代码的可读性、可维护性和可移植性，从而缩短开发周期，降低开发成本。

在单片机C语言程序设计中，程序通常分为主程序和中断服务程序两部分。主程序是程序的入口点，负责系统的初始化和主要功能的实现。中断服务程序是响应外部事件或内部事件而执行的代码，用于处理突发事件或定时任务。

# 2. 单片机中断处理基础

### 2.1 中断的概念和分类

#### 2.1.1 中断的类型和优先级

中断是一种硬件机制，当外部事件或内部事件发生时，中断控制器会向CPU发送一个中断信号，迫使CPU暂停当前正在执行的程序，转而去处理中断事件。

单片机中的中断分为两类：

- **外部中断：**由外部设备或信号触发，如按键按下、外部时钟信号等。
- **内部中断：**由单片机内部事件触发，如定时器溢出、串口数据接收等。

每个中断都具有一个优先级，优先级高的中断会优先得到处理。

#### 2.1.2 中断处理机制

当一个中断发生时，中断控制器会向CPU发送一个中断请求信号。如果当前没有更高优先级的中断正在处理，CPU会暂停当前程序的执行，并跳转到中断服务程序（ISR）中。ISR负责处理中断事件，并最终返回到中断发生前的程序。

### 2.2 中断服务程序的编写

#### 2.2.1 中断服务程序的结构和功能

中断服务程序（ISR）是一个特殊类型的函数，它负责处理特定的中断事件。ISR的结构通常如下：

void ISR_name() interrupt <interrupt_number>
{
    // 中断处理代码
}

其中：

- `ISR_name` 是 ISR 的名称。
- `interrupt_number` 是中断号。
- `中断处理代码` 是负责处理中断事件的代码。

#### 2.2.2 中断服务程序的编写技巧

编写 ISR 时，应遵循以下技巧：

- ISR 应尽可能简洁，避免执行耗时的操作。
- ISR 中应避免使用全局变量，以防止数据竞争。
- ISR 中应避免使用递归调用，以防止栈溢出。
- ISR 中应使用原子操作，以确保数据的完整性。

### 2.3 中断处理的常见问题

#### 2.3.1 中断嵌套和优先级冲突

中断嵌套是指一个中断在处理过程中又触发了另一个中断。如果两个中断的优先级相同，则会发生优先级冲突。

为了解决中断嵌套和优先级冲突问题，单片机通常提供中断优先级机制。优先级高的中断可以打断优先级低的中断，并优先得到处理。

#### 2.3.2 中断响应时间和延迟

中断响应时间是指从中断发生到 ISR 开始执行的时间。中断响应时间会受到以下因素的影响：

- 中断优先级
- 当前正在执行的程序
- 中断处理程序的长度

中断延迟是指从中断发生到 ISR 完成执行的时间。中断延迟会影响系统的实时性。

为了减少中断响应时间和延迟，可以采用以下措施：

- 提高中断优先级
- 优化 ISR 代码
- 使用 DMA（直接内存访问）技术

# 3.1 外部中断处理

#### 3.1.1 外部中断的配置和使用

外部中断是单片机通过外部引脚响应外部事件的一种中断方式。常见的外部中断源包括按钮、开关、传感器等。

**外部中断配置**

外部中断的配置通常需要以下步骤：

1. **选择中断源：**确定要使用的外部中断引脚，并将其配置为中断源。
2. **设置中断触发方式：**选择中断触发方式，如上升沿触发、下降沿触发或电平触发。
3. **使能中断：**在单片机中使能外部中断，允许外部中断源触发中断。

**外部中断使用**

配置好外部中断后，需要编写外部中断服务程序来处理外部中断事件。外部中断服务程序通常包含以下步骤