本連載講解作為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)人員所必需具備的單片機(jī)的基礎(chǔ)知識。繼《《嵌入式編程之單片機(jī)的基本構(gòu)成、工作原理》、《嵌入式編程之單片機(jī)的外圍功能電路》、《單片機(jī)的編程語言和開發(fā)環(huán)境》和《單片機(jī)外圍功能電路控制的基礎(chǔ)知識》后，最后一期將為大家介紹在單片機(jī)控制系統(tǒng)中不可缺少的處理方式--“中斷”的基礎(chǔ)知識。

“中斷”與“輪詢”

本期是單片機(jī)入門連載的最后一期。本期我們將說明在單片機(jī)編程過程中一定會遇到的、也是單片機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)所特有的現(xiàn)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(fā)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(jīng)常走到門口去確認(rèn)快遞是否到了。 像這樣頻繁地確認(rèn)是否有“事件”發(fā)生的現(xiàn)象，在單片機(jī)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(jī)中的中斷處理

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

邊看書邊等待快遞送來單片機(jī)中的處理

1) 看書時主程序正在執(zhí)行時

2) 快遞送來的門鈴響了有事件發(fā)生，向單片機(jī)發(fā)送中斷信號通知

3) 中斷看書過程單片機(jī)接收中斷信號，暫停正在執(zhí)行的主程序

4) 記錄正在看的頁碼保存當(dāng)前單片機(jī)的狀態(tài)(保存到寄存器中)

5) 接收快遞執(zhí)行對應(yīng)中斷源的處理(中斷程序)

6) 確認(rèn)剛才所作的記錄返回剛才所保存的單片機(jī)的狀態(tài)

7) 繼續(xù)看書從暫停的地方開始繼續(xù)執(zhí)行程序

現(xiàn)在，相信大家對“中斷” 已經(jīng)有所了解了。下面我們來看看在實際的“中斷”處理中，單片機(jī)內(nèi)部是怎樣進(jìn)行的。

在單片機(jī)中，通知事件發(fā)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(nèi)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(jù)產(chǎn)生的中斷信號的優(yōu)先級，按優(yōu)先級順序發(fā)送給CPU。當(dāng)然，被設(shè)定為無效的設(shè)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(jù)從中斷控制器接收到的指示，執(zhí)行相應(yīng)的程序(中斷處理)。

圖3：單片機(jī)內(nèi)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(jìn)行同樣的處理，實際上它們有很大的區(qū)別。區(qū)別在于當(dāng)事件發(fā)生時，中斷方式可以立刻執(zhí)行對應(yīng)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(fā)生事件的監(jiān)視周期較短的話也可以實現(xiàn)實時處理，但是在通常情況下，總是有多個事件發(fā)生，有時主程序也不允許太短的循環(huán)，所以，難以實現(xiàn)實時處理。

當(dāng) “中斷” 發(fā)生時，由于從檢測到事件發(fā)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(nèi)對應(yīng)事件進(jìn)行處理。

例如，在鍵輸入或開關(guān)輸入的情況下，對于單片機(jī)來說開關(guān)何時將被按下是不可預(yù)測的事件。所以，如果在主程序中以“輪詢”的方式監(jiān)視的話，將會無端浪費CPU的處理時間，而且，如果要進(jìn)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(jī)的硬件知識，是很難理解和應(yīng)用“中斷”的。“中斷”的內(nèi)容也確實有些難度，但是它卻是單片機(jī)系統(tǒng)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(jī)知識的理解，并熟練掌握“中斷”的基本知識和使用方法!