我們已經(jīng)介紹了應(yīng)用單片機的外設(shè)功能的結(jié)構(gòu)和使用方法。本期我們介紹更有效地應(yīng)用單片機而必須的外設(shè)功能——“中斷功能”。

提高作業(yè)效率的“中斷功能”指的是什么？

我們回顧一下本系列第二期的“定時器”篇中簡單介紹過的“中斷功能”概念。任何人都有過這樣的經(jīng)驗，就是“將雞蛋放進沸騰的熱水中，直到雞蛋煮熟的10分鐘內(nèi)要確認好幾次時鐘”的經(jīng)歷。在單片機的世界中也同樣，在等待某種狀態(tài)達成時，具有對對象進行定期檢查的方法。例如，在等待向GPIO（通用I/O端口）的輸入從0變?yōu)?時，程序可以一定的間隔來檢查GPIO的狀態(tài)。這種處理被稱為“輪詢”。

輪詢雖然是一種了解狀態(tài)變化的簡單方法，但是如果檢查的頻度低（間隔長）就會錯過變化，如果頻度過高（間隔短），即使查也查不到變化“空耗”。由于輪詢通過簡單的程序便能完成處理，所以在掌握對象的變化頻度時是有效的。但是，進行多次檢查也會給單片機帶來負荷，對功耗不利。

因此就要用到本期介紹的“中斷功能”。產(chǎn)生中斷時，CPU會暫時停止正在執(zhí)行的任務(wù)，轉(zhuǎn)而進行別的任務(wù)。也就是有別的任務(wù)“穿插”進來的意思（圖1） 。當中途穿插進來的任務(wù)結(jié)束后，CPU再返回處理原來的任務(wù)。

圖１：中斷與輪詢

設(shè)想一下你在工作的同時煮雞蛋的情況。 由于你不想停下手中的工作，所以把雞蛋放入熱水中后就設(shè)置定時器并繼續(xù)工作，10分鐘后定時器一響就把雞蛋從熱水中撈起。這時，定時器的鳴叫就是中斷 ，而“把雞蛋從熱水中撈起”就是穿插進來的工作。大家可以通過這種方式來了解中斷功能。

單片機中的中斷處理

中斷產(chǎn)生于單片機內(nèi)部和外部的各種設(shè)備。于開關(guān)和感應(yīng)器等單片機外部的中斷稱為外部引腳中斷，來自這些機器的中斷信號由名為“IRQ”的引腳接收，再向中斷控制器（在RX63N中稱被稱為“ICUb”）發(fā)出通知。IRQ為“Interrupt ReQuest”的略稱，意思為“中斷請求”。另外，來自單 片機內(nèi)部的定時器和GPIO、串行通信設(shè)備UART等外設(shè)機器的中斷被稱為外部設(shè)備中斷，中斷信號直接從各外部設(shè)備通知中斷控制器。

在中斷控制器中，各種設(shè)備的中斷信號按照先來后到的順序，以適當?shù)捻樞虮粋魉偷紺PU。而且，中斷被設(shè)為無效的設(shè)備的中斷信號將不會被傳送到CPU，也就意味著可以忽視（屏蔽）這些信號。CPU按照從中斷控制器接收到的指示來執(zhí)行對應(yīng)的程序（中斷處理）。

CPU一旦接收到中斷控制器的中斷信號，首先將終止執(zhí)行中的程序。然而，會自動保存“從何處重啟”的出棧（POP）信息，這被稱為“進棧（PUSH）”。進棧結(jié)束后，將開始由中斷執(zhí)行的程序。該程序結(jié)束時，進棧信息將回 送到CPU，這種現(xiàn)象被稱為“出?！保▓D2）。由于進棧和出棧都由CPU自動執(zhí)行，因此程序設(shè)計者不必因順序問題而費心。

圖２：中斷處理流程

例如，通過UART執(zhí)行串行通信時，經(jīng)常監(jiān)視字節(jié)是否被接收了而導(dǎo)致效率不佳。所以，多數(shù)情況下都對程序進行如下編程，即在信息送達 時就會產(chǎn)生中斷并進行適當?shù)奶幚?，另外，使定時器產(chǎn)生中斷的情況也不在少數(shù)。進行“經(jīng)過了一定時間后該做什么”這類處理時，應(yīng)進行如下編程，即通過來自定時器的信號開始進行處理。如上所述，在有效利用單片機方面，中斷功能發(fā)揮了很大的作用。

還可使用數(shù)據(jù)庫嘗試編寫復(fù)雜的中斷程序！

為了編寫與中斷相關(guān)的程序，就需要了解單片機的運行。由于需要深入了解，所以不能僅是進行簡單的嘗試。幸好還有本系列中介紹過的GR-SAKURA數(shù)據(jù)庫，可在GR-SAKURA數(shù)據(jù)庫中進行與外部引腳中斷相關(guān)的處理，所以請嘗試使用GR-SAKURA數(shù)據(jù)庫來進行編程。

為了向GR-SAKURA提供外部引腳中斷，還需要做些工作。在GR-SAKURA中，從IO30引腳到IO35引腳接收來自外部的中斷信號。這次是將定時器輸出引導(dǎo)到IO0引腳，再將它傳送到IO31引腳作為中斷信號。因此，要從IO30引腳到GND的部分設(shè)置引腳接口，由底板用的電線將IO0和IO31連接起來（圖3）。

圖３：GR-SAKURA的準備（引腳設(shè)置）

在示例程序（圖4）中預(yù)先準備了如下功能，即當GR- SAKURA的外部中斷信號引腳（從IO30到IO35中的一個）的輸入從L電平變?yōu)镠電平時，LED燈將啟動。而且是在檢測到相當于上述所說明的“外部引腳中斷”的中斷信號后才會變化。從IO0引腳進行定時器輸出，并將之與中斷輸入引腳即IO31引腳連接，通過這樣的方式便可以與一定的時間間隔發(fā)生中斷。

※即使 已對該程序進行了匯編，在沒有將上述的IO0和IO31引腳進行連接的GR-SAKURA中也無法運行。

以上為圖4的程序

※圖4程序結(jié)束

※圖4：用于外部引腳中斷的示例程序

在此數(shù)據(jù)庫中，可對分別與前述中斷信號輸入引腳對應(yīng)的處理。本次所示的是根據(jù)向IO31引腳輸入的變化（從L電平變?yōu)镠電平）來產(chǎn)生中斷的情況。第48行的attachInterrupt（）定義了在某個輸入引腳出現(xiàn)某種變化時該調(diào)用什么函數(shù)。因此，設(shè)定為根據(jù)輸入IO31引腳的中斷信號來啟動irq3（）。這樣的設(shè)定只需在setup（）中定義一次便能在整個程序中有效。除此以外，在setup（）中還記述了定時器的定義、定時器輸出引腳的設(shè)定、LED輸出的設(shè)定等初始條件。

沒有通過loop（）函數(shù)進行的處理。取而代之的是由irq3（）這個函數(shù)進行處理。從這個函數(shù)來看是看不出它是從程序中調(diào)用的。但是，正是由于這個函數(shù)，才能使中斷信號進入IO31引腳時使LED的光發(fā)生變化。在函數(shù)irq3（）中，四盞LED中只有一盞亮燈，這個函數(shù)一旦被調(diào)用，亮燈的LED就發(fā)生一次變化。為了讓人看得到這個“變化”，在case標簽的部分，通過來自GPIO的輸出來滅燈且使旁邊的LED亮燈（邊緣的LED燈亮燈時，相反側(cè)的邊緣的LED亮燈或滅燈）。

為了應(yīng)對不知何時會發(fā)生的意外，中斷就是非常有效的應(yīng)對方法。而且，中斷還可以減少程序的不必要運行，從而可降低功耗。也可以說，為了真正有效地利用單片機，這是一項不可缺少的技術(shù)。
編輯：hfy