單片機的中斷處理機制詳解

前言

單片機多用于物聯網、自動控制系統、智能家電等領域，要求單片機能夠實時響應外部觸發的事件，中斷機制是單片機響應外部事件的重要方法。

單片機多用于物聯網、自動控制系統、智能家電等領域，要求單片機能夠實時響應外部觸發的事件。例如在智能家電領域，人們可以用手機中的APP就可以遠程控制家電的開啟或關閉，智能家電的核心部分就是單片機，智能家電只要通電，單片機就進入工作狀態，等待外部事件的觸發，當人們通過手機APP發送控制信號后，智能家電的信號接收部分接收到控制信號，通過單片機的中斷機制通知單片機，對用戶發送的控制信號進行處理。

如上圖所示，智能家電通電后，執行單片機內的主程序，主程序主要用于實時響應外部事件的發生，并調用相應的事件處理程序。如用戶通過手機發送控制信號、用戶通過家電控制面板向家電發出控制指令等。

單片機如何實時響應外部事件呢？單片機通過中斷機制來實時響應外部事件，中斷是指單片機在執行主程序時，發生外部事件A，請求單片機迅速處理（中斷請求），單片機暫停當前的主程序（中斷響應），保存當前斷點數據，然后調用事件A的處理程序進行事件響應，事件A處理完成后，主程序恢復斷點處的數據，并繼續執行主程序。

為了更容易理解中斷的概念，我們舉一個生活中的中斷場景：你正在家中讀書或學習（主程序），快遞來電話讓你取快遞（中斷請求），于是你暫時停止讀書或學習（設置斷點，進入中斷），去取快遞（執行中斷），取完快遞后（中斷返回），你繼續讀書或學習（繼續執行主程序），在你讀書和學習過程中，就發生了一次取快遞的中斷。

引起單片機中斷的來源稱為中斷源，中斷源向單片機發出中斷請求，單片機暫停主程序的執行，轉去處理中斷事件，對事件處理完畢，再回到原來被中斷的地方（斷點）繼續執行主程序。中斷源可以是傳感器、串口、鍵盤等外部設備，這些外部設備如何向51單片機發送中斷請求呢？51單片機通過P3.2端口、P3.3端口引入外部中斷，該端口為低電平或下降沿時會引發中斷，P3.2端口的中斷名稱為INT0，P3.3端口的中斷名稱為INT1，外部設備可以連接這兩個端口向單片機發送中斷請求。

上圖給出了一個單片機中斷場景，按鈕接P3.2端口，即單片機外部中斷INT0，按鈕的另一端接地，P3.2端口與地接通，輸入低電平，觸發INT0中斷請求，單片機主程序調用INT0中斷函數，給P1.0端口送入低電平，發光二極管點亮，當按鈕再次被按下時，再次觸發INT0中斷請求，單片機主程序調用INT0中斷函數，給P1.0端口送入高電平，發光二極管熄滅，……，以此類推每次按下按鈕都會觸發INT0中斷請求，發光二極管狀態取反（點亮或熄滅）。

單片機內運行的完整C程序如下：

#include
sbit led0 = P1^0;
void main()
{
       EA = 1;
       EX0 = 1;
       led0 = 1;
       while(1);
}


void t1() interrupt 0
{
       led0 = ~led0;
}

在上面的代碼中，函數t1()為定義的外部INT0中斷處理函數，51單片機中斷處理函數格式如下：

void 函數名() interrupt 中斷號using 工作組

{

中斷處理代碼

}

中斷處理函數不返回任何值，因此函數的返回類型為void，函數名命名規則和C函數相同，中斷函數不能帶任何參數，interrupt是定義中斷處理函數關鍵字，中斷號是中斷源的序號，該序號是編譯器識別不同中斷的唯一符號，在寫中斷處理函數時必須要對應正確的中斷號，“using 工作組”是設置該中斷處理函數使用單片機內存4組工作寄存器的那一組，編譯器在編譯時會自動分配寄存器工作組，因此該語句可以省略。

前面代碼的t1()就是中斷處理函數，中斷序號為0（INT0中斷），該中斷處理函數只有一條語句，改變P1.0端口的電平狀態。

51單片機一共有五個中斷源，分別對應五個中斷序號，中斷源說明如下：

INT0——外部中斷0，中斷序號為0，由P3.2端口觸發該中斷，低電平或下降沿觸發。

T0——定時器/計數器0中斷，中斷序號為1，由T0計數器計滿回零觸發。

INT1——外部中斷1，中斷序號為2，由P3.3端口觸發該中斷，低電平或下降沿觸發。

T1——定時器/計數器1中斷，中斷序號為3，由T1計數器計滿回零觸發。

T1/R1——串行口中斷，串行口端口完成一幀字符發送/接收后觸發。

根據中斷來源的類型，可將中斷劃分為外部中斷和內部中斷，外部中斷為INT0、INT1、T1/R1，內部中斷為T0、T1。外部中斷是單片機實時地處理外部事件的一種中斷機制，當某種外部事件發生時，單片機的中斷系統將迫使CPU暫停正在執行的程序，轉而去進行中斷事件的處理；中斷處理完畢后．又返回被中斷的程序處，繼續執行下去。內部中斷是由單片機中斷指令引發的中斷，如T0和T1由內部中斷指令觸發。

單片機可以配置中斷功能的啟用和關閉，它通過中斷允許寄存器IE來設定各個中斷源的打開和關閉，IE是特殊功能寄存器，寄存器地址是A8H，該寄存器允許位操作，位地址由低位到高位分別是A8H~AFH，單片機復位是IE寄存器的全部位都清零，即關閉所有中斷功能，若要開啟中斷功能，需要在程序中開啟。中斷允許寄存器IE位定義見下表。