單片機控制系統中不可缺少的“中斷”基礎知識

　　本連載講解作為嵌入式系統開發技術人員所必需具備的單片機的基礎知識。繼《《嵌入式編程之單片機的基本構成、工作原理》、《嵌入式編程之單片機的外圍功能電路》、《單片機的編程語言和開發環境》和《單片機外圍功能電路控制的基礎知識》后，最后一期將為大家介紹在單片機控制系統中不可缺少的處理方式--“中斷”的基礎知識。

　　“中斷”與“輪詢”

　　本期是單片機入門連載的最后一期。本期我們將說明在單片機編程過程中一定會遇到的、也是單片機控制中不可缺少的一種處理方式---“中斷”。

　　“中斷”處理并非單片機控制系統所特有的現象，在我們的日常生活中“中斷”的例子也隨處可見。 讓我們來看看身邊的例子吧。比如盡管您知道今天有快遞送到，但卻不知道快遞送來的具體時間，在這種情況下，也許您會選擇坐在客廳里邊看書，邊等快遞送來。在您看書其間，門鈴響的時候就表明快遞到了（有事件發生）。這就是“中斷”的例子。

　　圖1：“中斷”處理示意圖

　　如果不用“中斷”處理等待方式的話，在看書的過程中，您就不得不經常走到門口去確認快遞是否到了。 像這樣頻繁地確認是否有“事件”發生的現象，在單片機控制中是通過軟件編程完成的。我們把這種處理方式稱為“輪詢”（圖2）。

　　圖2：“輪詢”處理示意圖

　　單片機中的中斷處理

　　實際上單片機的中斷處理更加復雜，還是以上述事例（邊看書邊等待快遞送來）進行說明。

　　邊看書邊等待快遞送來單片機中的處理

　　1） 看書時主程序正在執行時

　　2） 快遞送來的門鈴響了有事件發生，向單片機發送中斷信號通知

　　3） 中斷看書過程單片機接收中斷信號，暫停正在執行的主程序

　　4） 記錄正在看的頁碼保存當前單片機的狀態（保存到寄存器中）

　　5） 接收快遞執行對應中斷源的處理（中斷程序）

　　6） 確認剛才所作的記錄返回剛才所保存的單片機的狀態

　　7） 繼續看書從暫停的地方開始繼續執行程序

　　現在，相信大家對“中斷” 已經有所了解了。下面我們來看看在實際的“中斷”處理中，單片機內部是怎樣進行的。

　　在單片機中，通知事件發生的中斷信號一般來自于外部INT引腳的輸入信號，或是來自定時器、串行I/F等內部的外圍功能電路的信號。接收中斷信號的是中斷控制器。中斷控制器根據產生的中斷信號的優先級，按優先級順序發送給CPU。當然，被設定為無效的設備所傳送來的中斷信號是不會傳給CPU的，您也可以屏蔽或忽略它們。CPU根據從中斷控制器接收到的指示，執行相應的程序（中斷處理）。

　　圖3：單片機內部的“中斷”處理

　　實時處理中斷

　　“中斷”與“輪詢”看起來好象可以進行同樣的處理，實際上它們有很大的區別。區別在于當事件發生時，中斷方式可以立刻執行對應事件的處理。中斷的這種處理方式被稱為是實時處理。

　　而在“輪詢”方式中，如果對發生事件的監視周期較短的話也可以實現實時處理，但是在通常情況下，總是有多個事件發生，有時主程序也不允許太短的循環，所以，難以實現實時處理。

　　當 “中斷” 發生時，由于從檢測到事件發生到切換到中斷處理只需要幾十至幾百個時鐘，所以可以在短時間內對應事件進行處理。

　　例如，在鍵輸入或開關輸入的情況下，對于單片機來說開關何時將被按下是不可預測的事件。所以，如果在主程序中以“輪詢”的方式監視的話，將會無端浪費CPU的處理時間，而且，如果要進行多個“輪詢”處理，則“輪詢”的周期將會變長。

　　如果不具備單片機的硬件知識，是很難理解和應用“中斷”的?！爸袛唷钡膬热菀泊_實有些難度，但是它卻是單片機系統控制中無法避開的一種處理。所以，大家一定要加深對單片機知識的理解，并熟練掌握“中斷”的基本知識和使用方法！