PIC单片机入门_中断系统详解

只看该作者 · 2021-7-6 12:11

1.中断的基本概念
当单片机正在执行程序时，出现了某些特殊状况，例如定时时间到、有键盘信号输入等，此时CPU须要暂时停止当前的程序，而转去执行处理这些事件的程序，待执行完这些特定的程序之后，再返回到原先的程序去执行，这就形成了一次“中断”。“中断”加强了单片机处理突发事件的能力，如果没有中断功能，对可能发生的特殊状况的处理就必须采用定时查询，这样就会浪费大量的CPU时间。
因此，中断是单片机中很重要的一个概念，是提高工作效率的重要功能，中断系统功能的好坏是衡量单片机功能的重要指标。单片机的“中断源”与单片机包含的外围设备有很大的关系，所谓“中断源”就是引起中断的原因或根源，就是中断请求的来源。16F873/876内部集成了12个外围设备。
外围设备在工作过程中，都需要CPU参与控制、协调或交换数据等服务，而CPU正是通过中断技术使得这些外围设备协调工作的。PIC单片机作一次中断处理的过程如下，当某一中断源发出中断请求时：
①假如CPU正在执行更重要的任务，则可采用屏蔽的方法暂时不响应该中断请求；
②如果可以响应该中断请求，则CPU执行完当前指令后，必须把断点处的程序计数器PC的值(即下一条指令的地址)压入堆栈保存起来(断点保护)，也可以把一些的重要寄存器内容也保护起来(现场保护)。然后再转移到相应的中断服务子程序中执行。
③在中断服务子程序中，首先必须确定发出中断请求的中断源，然后再跳转到与该中断源相对应的程序分支中去执行中断服务程序。
④当中断服务程序执行毕后，必须先恢复被保护的寄存器的值(现场恢复)，再将程序计数器PC的值从堆栈中恢复(断点恢复) ，使CPU返回断点处继续执行被中断的程序。

只看该作者 · 2021-7-6 12:55

2.PIC16F876的中断源
PIC16F876单片机具备的中断源如下表所示：

从上表可看出，各中断源基本上都与各个外围设备模块相对应的：多数的外围设备对应着一个中断源(如定时／计数器TMR0)，也有的外围设备对应二个中断源(如SCI同步／异步接收／发送器USART)；有的外围设备没有中断源与之对应(如输入／输出端口 RA和RC)；也有的中断源没有外围设备与之对应(例如外部中断源INT)。
每一种中断源对应了一个中断标志位，记为XXXF，以及一个中断屏蔽位或叫中断使能位，记为XXXE。中断源产生的中断信号能否到达CPU，都受控于相应的中断屏蔽位。每个中断源申请中断时，其中断标志位会自动置位，中断标志位的清0是由用户程序完成的；而每个中断屏蔽位的置位和清位均由用户程序完成。
PIC16F876单片机的中断系统的逻辑电路如图：

图中全部的的14个中断源按两个梯队并列排开，第一梯队中只安排了3个中断源，其余的中断源全部安排到第二梯队中。所有的中断源都受“全局中断屏蔽位”(也称总屏蔽位)GIE的控制；第一梯队的中断源不仅受GIE的控制，还要受各自中断屏蔽位的控制；第二梯队的中断源不仅受到GIE和各自中断屏蔽位的控制，还要受到一个外设中断屏蔽位PEIE的控制。

只看该作者 · 2021-7-6 13:54

3.与中断相关的寄存器
与中断有关的特殊功能寄存器SFR共有6个，分别是：
选项寄存器OPTION_REG、中断控制寄存器INTCON、第一外围设备中断标志寄存器PIR1、第一外围设备中断屏蔽寄存器PIE1(也称中断使能寄存器)、第二外围设备中断标志寄存器PIR2和第二外围设备中断屏蔽寄存器PIE2。
后5个SFR，共有40位，但仅使用了30位来控制中断，分别与图中的中断逻辑电路输入信号成严格的对应关系。

只看该作者 · 2021-7-6 14:02

3.1 选项寄存器OPTION _REG

该寄存器包含了与定时／计数器TMR0、分频器和端口RB有关的控制位。RB端口引脚RB0和外部中断INT复用一脚，与该脚有关的一个控制位含义如下：
INTEDG：外部中断INT触发信号边沿选择位：1=选择RB0／INT上升沿触发；0=选择RB0／INT下降沿触发。

只看该作者 · 2021-7-6 14:04

3.2 中断控制寄存器INTCON

它将第一梯队中的3个中断源的标志位和屏蔽位，以及PEIE和GIE包含在其中：
RBIF：端口RB的引脚RB4～RB7电平变化中断标志位。 1=RB4～RB7已经发生了电平变化； 0=RB4～RB7尚未发生电平变化。
RBIE：端口RB的引脚RB4～RB7电平变化中断屏蔽位。1=允许RB产生的中断；0=屏蔽端口RB产生的中断。
INTF：外部INT引脚中断标志位。1=外部INT引脚有中断触发信号； 0=外部INT引脚无中断触发信号。
INTE：外部INT引脚中断屏蔽位。 l=允许外部INT引脚产生的中断；0=屏蔽外部INT引脚产生的中断。
T0IF：TMR0溢出中断标志位。1=TMR0已经发生了溢出；0=TMR0尚未发生溢出。
T0IE：TMR0溢出中断屏蔽位。1=允许TMR0溢出后产生的中断； 0=屏蔽TMR0溢出后产生的中断。
PEIE：外设中断屏蔽位。1=允许CPU响应来自第二梯队中断请求0=禁止CPU响应来自第二梯队中断请求。
GIE：全局中断屏蔽位(总屏蔽位)。1=允许CPU响应所有中断源产生的中断请求；0=禁止CPU响应所有中断源产生的中断请求。

只看该作者 · 2021-7-6 14:05

3.3 第一外围设备中断标志寄存器PIR1

该寄存器中各中断标志位的含义如下：
TMR1IF：定时／计数器TMR1模块溢出中断标志位。1=发生了TMR1溢出； 0=未发生TMR1溢出。
TMR2IF：定时／计数器TMR2模块溢出中断标志位。1=发生了TMR2溢出； 0=未发生TMR2溢出。
CCP1IF：输入捕捉／输出比较／脉宽调制CCP1模块中断标志位。输入捕捉模式下：1=发生了捕捉中断请求；0=未发生捕捉中断请求。输出比较模式下： 1=发生了比较输出中断请求； 0=未发生比较输出中断请求。脉宽调制模式下：无用。
SSPIF：同步串行端口(SSP)中断标志位。1=发送／接收完毕产生的中断请求；0=等待发送／接收。
TXIF：串行通信接口(SCI)发送中断标志位。1=发送完成，即发送缓冲区空 0=正在发送，即发送缓冲区未空。
RCIF：串行通信接口(SCI)接收中断标志位。1=接收完成，即接收缓冲区满0=正在接收，即接收缓冲区空。
ADIF：模拟／数字(A／D)转换中断标志位。1=发生了A／D转换中断；0=未发生A／D转换中断。
PSPIF：并行端口中断标志位，只有40脚封装型号具备，对于28脚封装型号总保持0。1=并行端口发生了读／写中断请求；0=并行端口未发生读／写中断请求。

只看该作者 · 2021-7-6 14:06

3.4 第一外围设备中断屏蔽寄存器PIE1

该寄存器中包含的中断屏蔽位(使能位)的含义如下：
TMR1IE：定时器／计数器TMRl模块溢出中断屏蔽位。l＝开放TMRl溢出发生中断；0＝屏蔽TMRl溢出发生中断。
TMR2IE：定时／计数器TMR2溢出中断屏蔽位。1=开放TMR2溢出发生的中断；0=屏蔽TMR2溢出发生的中断。
CCP1IE：输入捕捉／输出比较／脉宽调制CCP1模块中断屏蔽位。1=开放CCP1模块产生的中断请求；0=屏蔽CCP1模块产生的中断请求。
SSPIE：同步串行端口(SSP)中断屏蔽位。1=开放SSP模块产生的中断请求0=屏蔽SSP模块产生的中断请求。
TXIE：串行通信接口(SCI)发送中断屏蔽位。1=开放SCI发送中断请求；0=屏蔽SCI发送中断请求。
RCIE：串行通信接口(SCI)接收中断屏蔽位。1=开放SCI接收中断请求；0=屏蔽SCI接收中断请求。
ADIE：模拟／数字(A／D)转换中断屏蔽位。1=开放A／D转换器的中断请求；0=屏蔽A／D转换器的中断请求。
PSPIE：并行端口中断屏蔽位，只有40脚封装型号具备，对于28脚封装型号总保持0。 1=开放并行端口读／写发生的中断请求； 0=屏蔽并行端口读／写发生的中断请求。

只看该作者 · 2021-7-6 14:07

3.5 第二外围设备中断标志寄存器PIR2

CCP2IF：输入捕捉／输出比较／脉宽调制CCP2模块中断标志位。输入捕捉模式下： 1=发生了捕捉中断请求(必须用软件清0)； 0=未发生捕捉中断请求。输出比较模式下： 1=发生了比较输出中断请求(必须用软件清0)； 0=未发生比较输出中断请求。脉宽调制模式下：无用
BCLIF：I2C总线冲突中断标志。当同步串行端口MSSP被配置成I2C总线的主控器模式时：1=发生了总线冲突；0=未发生总线冲突。
EEIF：EEPROM写操作中断标志位。1=写操作已经完成(必须用软件清0)；0=写操作未完成或尚未开始进行。

只看该作者 · 2021-7-6 14:07

3.6 第二外围设备中断屏蔽寄存器PIE2

CCP2IE：输入捕捉／输出比较／脉宽调制CCP2模块中断屏蔽位。1=开放CCP2模块产生的中断请求；
0=屏蔽CCP2模块产生的中断请求。
EEIE：EEPROM写操作中断屏蔽位。1=开放EEPROM写操作产生的中断请求；0=屏蔽EEPROM写操作产生的中断请求。

只看该作者 · 2021-7-6 14:08

4.中断的处理
单片机复位后，硬件会自动设置GIE=0，屏蔽所有的中断源，假如要求单片机能响应所有中断，必须设置GIE=1。其实无论GIE或着其他中断屏蔽位是否为1，当某中断源的中断条件满足时，都会发出中断请求，即相应的中断标志位都会置1。但是否能够得到CPU的响应，则由该中断源的中断屏蔽位决定。
CPU响应中断后，自动设置GIE=0，屏蔽所有中断，以免发生重复中断响应，然后自动把PC寄存器当前值压入堆栈，并把PC值赋予地址0004H，从而转向执行中断服务子程序。
进入中断服务程序后，程序必须要确定发出请求的中断源，这可以通过检查各中断源的标志位来实现。确定了中断源后，就用软件把该中断源的标志位清0，否则，执行中断返回指令重开中断后，假如中断标志位仍然为1，则会引起CPU重复响应同一个中断请求。
执行中断返回指令RETFIE后，不仅会将保留在堆栈中的断点地址弹回到PC寄存器中，使程序能返回到被中断的程序处；而且还会自动设置GIE=1，重新开放所有的中断源。

只看该作者 · 2021-7-6 14:09

5.关于中断部分的总结
⑴单片机在任何情况下的复位，均会导致总屏蔽位和其他的中断屏蔽位清0，即在默认状态下，禁止CPU响应所有中断。
⑵中断标志位的状态与该所有的中断屏蔽位无关，即不管是否允许CPU响应中断源的中断请求，只要满足了中断的条件，中断标志位就会被置成1。
⑶当系统开放某一中断源时，中断源就通过中断标志位向CPU申请中断，只要将中断标志位置1，就会产生中断响应。
⑷当CPU响应任一个中断后，全局中断屏蔽位GIE将会自动清0；当中断返回时它又会自动恢复为1。
(5)如果在中断服务期间若用软件将自动清0的GIE重新置1，这时若再出现中断请求，就会形成中断的嵌套：即在响应某一中断期间又响应了其他中断。不过嵌套的级数不能超过堆栈的深度(8级)，以免造成堆栈溢出。
⑹如果同时发生多个中断请求，到底哪个中断会优先得到处理，完全取决于在中断服务子程序中检查中断源的顺序，原因是各个中断源之间不存在优先级别之分。
⑺每一种中断源受屏蔽的次数不完全相同，第一梯队的中断源受到二次屏蔽，而第二梯队的中断源受到三次屏蔽。
⑻ PIC系列单片机的型号不同，数据存储器RAM的布局不完全相同，为工作寄存器W安排备份寄存器W_TEMP的方法也就不完全相同。