《单片机中断使用》课件

单片机中断使用单片机中断是单片机系统中重要的编程技术。它允许单片机在执行当前程序的同时，也能及时响应外部事件，提高系统效率。什么是中断程序正常执行单片机正常运行时，按照程序指令顺序执行。外部事件发生当外部事件发生时，需要立即处理，例如按键按下、定时器溢出。中断机制中断机制允许外部事件打断正在执行的程序，转而执行相应的处理函数。中断的作用提高效率中断允许单片机在处理主程序的同时，及时响应外部事件或定时事件，提高系统效率。实时性中断机制可以实现对外部事件的实时响应，确保及时处理关键事件，提高系统实时性。灵活调度中断可以根据事件优先级进行灵活调度，保证重要事件得到优先处理，提高系统调度能力。中断的特点事件驱动中断由外部事件触发，而非程序主动调用。当特定事件发生时，单片机立即暂停当前执行的任务，跳转到对应中断服务程序处理事件。异步响应中断处理与主程序执行是异步进行的。中断服务程序的执行时间无法预知，不会影响主程序的正常执行。中断的分类外部中断外部中断是由外部硬件事件触发的，例如按键按下、传感器信号变化等。内部中断内部中断是由单片机内部事件触发的，例如定时器溢出、串口接收数据完成等。软件中断软件中断是由程序指令触发的，例如程序执行INT指令。中断源的优先级中断源的优先级是指中断源的紧急程度，优先级高的中断源会优先得到处理。系统通常会根据中断源的优先级来决定哪个中断源应该先被响应。在单片机系统中，中断源的优先级通常由硬件或软件来设置。硬件优先级是指通过硬件电路来实现的优先级，而软件优先级是指通过程序代码来实现的优先级。中断源的优先级设置会影响系统中断响应时间，因此需要根据系统需求来合理设置中断源的优先级，以确保系统能够及时响应重要的中断事件。中断向量表11.内存地址中断向量表存储在单片机的程序存储器中，每个中断源对应一个唯一的内存地址。22.中断服务程序地址每个中断向量表项包含中断服务程序的起始地址，当发生中断时，CPU会跳转到该地址执行相应的服务程序。33.中断优先级中断向量表可以用来设置中断优先级，优先级高的中断可以打断正在执行的低优先级中断。44.灵活配置中断向量表可以通过编程进行配置，允许用户根据需要自定义中断服务程序的地址。中断的处理过程1中断请求CPU收到中断信号2保存上下文CPU保存当前状态3跳转中断CPU跳转到中断服务程序4执行处理执行中断服务程序代码5恢复上下文CPU恢复之前的状态中断处理过程是一个严格的流程，CPU会暂停当前程序，处理完中断请求后才会继续执行原程序。这个过程需要精确的时序控制，保证程序的正常运行。中断的处理程序编写中断处理程序中断处理程序是专门用于响应特定中断事件的代码段。当发生中断时，CPU会跳转到中断处理程序的地址，执行相应的处理逻辑。编写要点中断处理程序要简洁高效，快速响应中断事件。处理完中断后，恢复现场，以便程序继续执行。中断嵌套嵌套原理中断嵌套是指在处理一个中断时，另一个更高优先级的中断发生，系统会暂停当前中断的处理，转而处理更高优先级的中断。嵌套过程当高优先级中断发生时，CPU会保存当前中断处理程序的上下文信息，并跳转到更高优先级中断的处理程序。恢复过程当高优先级中断处理完成后，CPU会恢复之前中断处理程序的上下文信息，并继续执行之前的中断处理程序。中断响应过程CPU检测中断信号CPU持续检测中断源状态，一旦发现中断信号，则会立即暂停当前执行的程序。保存CPU状态CPU将当前执行的程序计数器、状态寄存器等信息保存到堆栈，以便中断处理完成后恢复程序执行。中断向量表定位CPU根据中断源类型，通过中断向量表找到对应中断服务例程的地址。执行中断服务例程CPU跳转到中断服务例程的地址，执行相应的处理代码。恢复CPU状态中断服务例程执行完毕后，CPU从堆栈中恢复中断前的状态，并返回到被中断的程序继续执行。中断控制寄存器中断控制寄存器中断控制寄存器(InterruptControlRegister)是单片机中用于管理和控制中断的重要寄存器。中断控制寄存器的功能中断控制寄存器主要用于设置中断的优先级、使能或禁止中断、清除中断标志等操作。中断控制寄存器的结构中断控制寄存器的结构根据单片机型号的不同而有所差异，但通常包含以下几个部分：中断使能位、中断优先级位、中断标志位等。中断屏蔽11.中断屏蔽中断屏蔽是指禁用特定中断源，防止中断请求被处理器响应。22.屏蔽机制单片机通常提供中断控制寄存器，其中每个中断源对应一个位，置位表示屏蔽，清零表示使能。33.应用场景中断屏蔽用于避免多个中断源同时发生冲突，或在特定情况下禁止特定中断响应。44.注意事项合理设置中断屏蔽位，避免屏蔽必要的中断，确保系统正常运行。中断响应时间中断响应时间是指从中断请求发生到中断服务程序开始执行的时间。中断响应时间主要由以下因素决定：100ns指令周期CPU执行一条指令所需时间。1-2us中断处理时间包括保存现场、跳转到中断向量表、查找中断服务程序等。10-100us中断服务程序执行时间执行中断服务程序代码所需时间，与程序复杂度有关。中断响应时间越短，系统对事件的响应速度越快。在实时系统中，中断响应时间至关重要。硬件中断硬件中断由外部硬件设备触发，例如键盘按下、鼠标点击等。外部设备通过中断引脚向单片机发送中断请求信号。单片机内部的中断控制器负责接收和处理中断请求。软件中断人为触发软件中断由程序员在代码中使用指令手动触发，例如INT指令。调试程序软件中断常用于调试程序，允许程序员在特定位置暂停程序执行，并检查程序状态。测试功能软件中断可以用来测试特定功能，例如测试程序是否正确执行了某个函数。外部中断定义外部中断是通过外部引脚产生的中断。引脚发生电平变化时，单片机进入中断处理程序。它们常用于外部事件的响应，例如按钮按下、传感器触发、外部时钟信号。应用场景外部中断广泛应用于各种嵌入式系统中，例如工业自动化、人机交互、数据采集等。外部中断可以用于快速响应外部事件，提高系统实时性和响应速度。内部中断内部事件触发内部中断由单片机内部事件引起，例如定时器溢出、串口接收完成等。程序控制内部中断可以用来实现程序的计时、数据传输等功能。应用广泛内部中断是单片机应用中非常重要的功能，广泛应用于各种嵌入式系统中。定时器中断定时器单片机内部的计时器，能够精确地控制时间。中断定时器达到设定时间时，会触发中断信号。中断服务例程中断服务例程会在定时器中断发生时执行。串口中断1数据接收中断当串口接收到数据时，触发中断，处理接收到的数据。2数据发送中断当串口发送缓冲区为空时，触发中断，发送下一个数据。3错误中断当串口通信过程中出现错误时，触发中断，处理错误。模数转换中断模数转换器将模拟信号转换为数字信号。中断触发当模数转换完成时，产生中断信号。中断服务程序处理转换后的数据。中断服务例程编写要点快速执行中断服务例程应该尽可能快地执行，以最小化对系统的影响。避免在中断服务例程中进行复杂的计算或长时间的操作。状态保存在进入中断服务例程之前，应该保存所有可能被中断影响的寄存器状态。在退出中断服务例程之前，应该恢复所有被保存的寄存器状态。避免死循环中断服务例程中不能出现死循环，否则会影响系统响应。如果需要长时间的操作，应该将其放到中断服务例程之外。错误处理中断服务例程应该包含适当的错误处理机制，以确保系统稳定性。如果出现错误，应该采取适当的措施，例如记录日志、关闭相关设备等。中断优先级设计11.确定优先级根据中断源的紧急程度和重要性分配优先级，紧急且重要的中断源具有更高的优先级。22.设计优先级方案使用嵌套中断或中断控制器实现优先级机制，确保高优先级中断能够及时响应并处理。33.优先级管理通过配置中断控制器或修改中断服务例程来动态调整中断优先级，以适应实时需求变化。中断的使用场景实时控制在需要对外部事件进行快速响应的场合，中断是必不可少的。数据采集在数据采集过程中，中断可以及时捕获数据，并进行处理。异步通信在异步通信过程中，中断可以用来处理接收到的数据或发送数据。多任务处理中断可以用来实现多个任务的并发执行，提高系统效率。中断的常见问题中断处理程序错误程序逻辑错误导致中断处理错误，可能导致系统死机或数据丢失。中断标志位设置错误中断标志位设置错误会导致中断无法正常触发或被错误触发，影响程序正常运行。中断优先级冲突多个中断源优先级设置错误导致中断处理程序执行顺序混乱，影响系统稳定性。中断嵌套处理错误中断嵌套处理不当会导致程序逻辑混乱，可能导致系统死机或数据丢失。如何调试中断程序1设置断点在中断服务程序的入口处设置断点，以便在中断发生时程序暂停。2观察寄存器查看中断发生时CPU的寄存器状态，例如程序计数器PC，堆栈指针SP，中断状态寄存器等。3查看内存检查中断发生时内存中的数据，例如变量的值、中断向量表等。中断的性能分析指标影响因素优化措施响应时间中断优先级、中断处理程序复杂度、系统负载合理设置优先级、简化处理程序、优化系统资源吞吐率中断频率、中断处理时间降低中断频率、优化中断处理程序功耗中断频率、中断处理时间、中断源降低中断频率、优化中断处理程序、选择低功耗中断源中断的功耗问题中断功耗原因中断会增加CPU的活动，因此会导致功耗增加。一些中断处理程序需要执行大量的计算，导致功耗更高。功耗优化减少不必要的中断，比如通过合理配置定时器或其他中断源。优化中断处理程序，降低计算量和运行时间。考虑使用低功耗模式，在不需要中断处理时进入休眠状态。如何优化中断优化中断服务例程减少中断服务例程中的代码量，提高中断处理效率。降低中断响应时间合理设计中断优先级，避免低优先级中断阻塞高优先级中断。避免中断嵌套避免中断服务例程中调用其他中断服务例程，以防止死锁。中断在应用中的实践11.嵌入式