单片机的中断处理机制详解

前言

单片机多用于物联网、自动控制系统、智能家电等领域，要求单片机能够实时响应外部触发的事件，中断机制是单片机响应外部事件的重要方法。

单片机多用于物联网、自动控制系统、智能家电等领域，要求单片机能够实时响应外部触发的事件。例如在智能家电领域，人们可以用手机中的APP就可以远程控制家电的开启或关闭，智能家电的核心部分就是单片机，智能家电只要通电，单片机就进入工作状态，等待外部事件的触发，当人们通过手机APP发送控制信号后，智能家电的信号接收部分接收到控制信号，通过单片机的中断机制通知单片机，对用户发送的控制信号进行处理。

如上图所示，智能家电通电后，执行单片机内的主程序，主程序主要用于实时响应外部事件的发生，并调用相应的事件处理程序。如用户通过手机发送控制信号、用户通过家电控制面板向家电发出控制指令等。

单片机如何实时响应外部事件呢？单片机通过中断机制来实时响应外部事件，中断是指单片机在执行主程序时，发生外部事件A，请求单片机迅速处理（中断请求），单片机暂停当前的主程序（中断响应），保存当前断点数据，然后调用事件A的处理程序进行事件响应，事件A处理完成后，主程序恢复断点处的数据，并继续执行主程序。

为了更容易理解中断的概念，我们举一个生活中的中断场景：你正在家中读书或学习（主程序），快递来电话让你取快递（中断请求），于是你暂时停止读书或学习（设置断点，进入中断），去取快递（执行中断），取完快递后（中断返回），你继续读书或学习（继续执行主程序），在你读书和学习过程中，就发生了一次取快递的中断。

引起单片机中断的来源称为中断源，中断源向单片机发出中断请求，单片机暂停主程序的执行，转去处理中断事件，对事件处理完毕，再回到原来被中断的地方（断点）继续执行主程序。中断源可以是传感器、串口、键盘等外部设备，这些外部设备如何向51单片机发送中断请求呢？51单片机通过P3.2端口、P3.3端口引入外部中断，该端口为低电平或下降沿时会引发中断，P3.2端口的中断名称为INT0，P3.3端口的中断名称为INT1，外部设备可以连接这两个端口向单片机发送中断请求。

上图给出了一个单片机中断场景，按钮接P3.2端口，即单片机外部中断INT0，按钮的另一端接地，P3.2端口与地接通，输入低电平，触发INT0中断请求，单片机主程序调用INT0中断函数，给P1.0端口送入低电平，发光二极管点亮，当按钮再次被按下时，再次触发INT0中断请求，单片机主程序调用INT0中断函数，给P1.0端口送入高电平，发光二极管熄灭，……，以此类推每次按下按钮都会触发INT0中断请求，发光二极管状态取反（点亮或熄灭）。

单片机内运行的完整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;
}

在上面的代码中，函数t1()为定义的外部INT0中断处理函数，51单片机中断处理函数格式如下：

void 函数名() interrupt 中断号using 工作组

{

中断处理代码

}

中断处理函数不返回任何值，因此函数的返回类型为void，函数名命名规则和C函数相同，中断函数不能带任何参数，interrupt是定义中断处理函数关键字，中断号是中断源的序号，该序号是编译器识别不同中断的唯一符号，在写中断处理函数时必须要对应正确的中断号，“using 工作组”是设置该中断处理函数使用单片机内存4组工作寄存器的那一组，编译器在编译时会自动分配寄存器工作组，因此该语句可以省略。

前面代码的t1()就是中断处理函数，中断序号为0（INT0中断），该中断处理函数只有一条语句，改变P1.0端口的电平状态。

51单片机一共有五个中断源，分别对应五个中断序号，中断源说明如下：

INT0——外部中断0，中断序号为0，由P3.2端口触发该中断，低电平或下降沿触发。

T0——定时器/计数器0中断，中断序号为1，由T0计数器计满回零触发。

INT1——外部中断1，中断序号为2，由P3.3端口触发该中断，低电平或下降沿触发。

T1——定时器/计数器1中断，中断序号为3，由T1计数器计满回零触发。

T1/R1——串行口中断，串行口端口完成一帧字符发送/接收后触发。

根据中断来源的类型，可将中断划分为外部中断和内部中断，外部中断为INT0、INT1、T1/R1，内部中断为T0、T1。外部中断是单片机实时地处理外部事件的一种中断机制，当某种外部事件发生时，单片机的中断系统将迫使CPU暂停正在执行的程序，转而去进行中断事件的处理；中断处理完毕后．又返回被中断的程序处，继续执行下去。内部中断是由单片机中断指令引发的中断，如T0和T1由内部中断指令触发。

单片机可以配置中断功能的启用和关闭，它通过中断允许寄存器IE来设定各个中断源的打开和关闭，IE是特殊功能寄存器，寄存器地址是A8H，该寄存器允许位操作，位地址由低位到高位分别是A8H~AFH，单片机复位是IE寄存器的全部位都清零，即关闭所有中断功能，若要开启中断功能，需要在程序中开启。中断允许寄存器IE位定义见下表。

EA是全局中断允许位，要开启某个中断源，先要设置EA为1，然后再设置该中断源的中断允许位。

在前面中断场景的main()函数代码中，EA = 1语句打开全局中断，EX0 = 1语句开启外部中断0，led0 = 1语句设置P1.0端口默认为高电平，while(1)语句为无限循环，让主程序一直在运行状态，等待外部事件的中断请求。

下图是前面中断场景的电路设计图，在P3.2端口（INT0中断）接入一个按钮，按钮的另一端接地。按钮元器件的添加方法如下：打开元件库，使用关键词“button”搜索按钮电子元器件，添加按钮电路模型元器件库。

前面中断场景的C程序编译完成，将执行程序加载到单片机内，启动单片机，重复按下按钮，发光二极管状态（点亮或熄灭）将反转。