《中断与定时》课件

中断与定时欢迎来到《中断与定时》课程。本课程将深入探讨嵌入式系统中的关键概念。我们将学习中断机制和定时器的工作原理，以及它们在实际应用中的重要性。课程介绍中断机制探讨中断的概念、类型和处理方法。定时器原理了解定时器的工作原理和应用场景。实践应用通过实例学习中断和定时器的编程技巧。什么是中断？定义中断是一种硬件或软件机制，用于暂停当前程序执行，转而处理紧急事件。特点中断具有实时性、异步性和可恢复性，能有效提高系统响应速度。中断的作用提高实时性快速响应外部事件，确保系统及时处理紧急任务。提高效率避免CPU持续轮询外设状态，节省处理器资源。实现多任务允许系统在主程序运行时处理其他任务，提高并发性。中断的特点异步性中断可以在程序执行的任何时刻发生，不受主程序控制。快速响应中断机制能够迅速响应外部事件，保证系统的实时性。可恢复性中断处理完成后，系统能够返回到被中断的程序继续执行。中断的分类1硬件中断由外部硬件设备触发的中断，如按键、传感器等。2软件中断由软件指令触发的中断，如系统调用、异常等。3可屏蔽中断可以通过软件设置来禁止或允许的中断。4不可屏蔽中断不能被软件禁止的中断，通常用于处理紧急事件。硬件中断外部设备触发如定时器溢出、按键按下、传感器信号等。中断控制器接收中断控制器识别并处理中断请求。CPU响应CPU暂停当前任务，执行相应的中断服务程序。返回主程序中断服务程序执行完毕后，CPU恢复被中断的任务。软件中断1系统调用2异常处理3调试断点4特权级切换软件中断是由程序指令触发的中断，通常用于实现操作系统功能、处理异常情况或进行程序调试。中断处理程序功能中断处理程序负责响应特定的中断事件，执行相应的操作。结构通常包括保存现场、处理中断、恢复现场三个主要步骤。中断的优先级1不可屏蔽中断（最高）2硬件中断3软件中断4普通程序（最低）中断优先级决定了多个中断同时发生时的处理顺序，确保重要事件得到及时响应。中断嵌套概念高优先级中断可以打断正在执行的低优先级中断服务程序。实现通过堆栈保存被中断的中断服务程序的上下文。优势提高系统对高优先级事件的响应能力。中断服务例程编写1保存现场保存被中断程序的关键寄存器和状态信息。2清除中断标志清除相应的中断标志位，防止重复触发。3执行中断处理完成特定的中断服务任务。4恢复现场恢复被保存的寄存器和状态信息。定时器概述功能定时器是一种用于精确计时和定时的硬件设备。原理通过计数器和时钟源实现精确的时间计量。应用广泛应用于时间测量、周期性任务触发等场景。定时器的作用精确计时实现微秒级的精确时间测量。周期性任务触发定期执行的任务，如采样或更新显示。脉冲生成产生特定频率和占空比的脉冲信号。定时器的种类通用定时器功能灵活，可用于多种计时和计数应用。看门狗定时器用于监控系统运行状态，防止程序死机。实时时钟（RTC）提供日期和时间功能，通常带有独立电源。定时器编程步骤初始化配置设置定时器模式、预分频值等参数。设置计数值根据所需时间计算并设置定时器计数值。启动定时器使能定时器开始计数。中断处理编写定时器中断服务程序。单片机定时器工作原理1时钟源为定时器提供基准时钟信号。2预分频器对输入时钟进行分频，调整定时精度。3计数器根据预分频后的时钟信号进行计数。4比较器比较计数值与设定值，触发中断或输出信号。定时器的初始化选择时钟源选择合适的时钟源，如内部振荡器或外部晶振。设置工作模式配置定时器的工作模式，如定时、计数或PWM模式。配置预分频值设置预分频值以获得所需的定时精度。设置中断配置定时器中断，并编写相应的中断服务程序。定时器中断触发条件当定时器计数达到设定值时触发中断。中断服务程序编写中断服务程序处理定时事件。自动重装配置自动重装模式实现周期性中断。定时器实现延迟阻塞式延迟使用轮询方式等待定时器计数完成，适用于短时间延迟。非阻塞式延迟利用定时器中断实现延迟，允许CPU执行其他任务。定时器应用实例定时器计数器初始化计数值设置定时器的初始计数值。计数递增/递减根据配置，计数器值随时钟信号变化。达到设定值当计数值达到预设值时触发事件。重新加载自动重装模式下，重新加载初始值继续计数。定时器溢出概念当定时器计数达到最大值后回到零的现象。处理方法通过溢出中断或溢出标志位检测溢出事件。应用利用溢出实现长时间计时或周期性任务。定时器计时1启动计时记录起始时间点。2运行计数定时器持续计数。3停止计时记录结束时间点。4计算时间差计算两个时间点之间的差值。电池供电情况下定时器应用低功耗模式利用定时器唤醒功能实现低功耗运行。实时时钟使用独立供电的RTC保持准确时间。电源管理定时器控制系统定期唤醒执行任务。电池供电中断处理快速响应中断服务程序应尽可能简短，减少唤醒时间。任务分配将耗时任务放在主循环中，中断仅处理关键事件。中断服务程序注意事项1简洁高效保持中断服务程序尽可能简短，快速执行。2避免长时间操作不要在中断服务程序中执行耗时操作。3保护现场正确保存和恢复被中断程序的上下文。4禁用中断必要时禁用中断，防止重入和数据竞争。中断屏蔽与嵌套1全局中断使能2中断优先级设置3局部中断屏蔽4中断嵌套处理合理配置中断屏蔽和嵌套可以提高系统的实时性和可靠性。正确处理中断优先级和嵌套关系对于复杂系统至关重要。定时器性能优化合理分频选择合适的预分频值，平衡精度和功耗。中断优化减少中断频率，合理安排中断服务程序。DMA传输利用DMA减少CPU干预，提高效率。低功耗设计合理使用睡眠模式，降低系统功耗。小结与思考题课程回顾中断机制的原理和应用定时器的工作原理和编程技巧中断和定时器在实际项目中的应用思考题如何选择合适的中断优先级？定时器溢出如何实现长时间计时