中断是通过硬件来改变CPU的运行方向的。计算机在执行程序的过程中,当出现CPU以外的某种情况时,由服务对象向CPU发出中断请求信号,要求CPU暂时中断当前程序的执行而转去执行相应的处理程序,待处理程序执行完毕后,再继续执行原来被中断的程序。这种程序在执行过程中由于外界的原因而被中间打断的情况称为“中断”。
单片机中断系统是计算机硬件设计中的一个重要组成部分,它使得微控制器能够对外部事件做出及时的响应,同时保证了程序的连续性和效率。中断系统的基本原理是:在单片机执行程序的过程中,如果发生了需要立即处理的外部事件,如硬件设备的请求、定时器溢出等,这些事件的发起者会通过特定的硬件线路向CPU发送中断请求信号。CPU接收到请求后,会暂停当前执行的任务,保存现场(即当前执行指令的相关信息),然后跳转到预先设定的中断服务程序地址开始执行处理程序。
中断系统的运作可以分为以下几个关键步骤:
1. **中断请求**:当外部设备或内部硬件模块检测到需要处理的事件时,它们会向CPU发送中断请求信号。例如,外部中断0和外部中断1是两个常见的外部中断源,而定时器0和定时器1溢出则属于内部中断源。串行中断请求RI或TI通常与UART通信相关。
2. **中断响应**:CPU检测到中断请求后,会根据中断允许控制寄存器IE的状态判断是否允许中断。如果中断被允许,CPU会保存当前程序计数器的值,也就是保存执行任务的当前位置,防止中断处理结束后无法返回原点。
3. **中断处理**:CPU根据中断源寄存器TCON和SCON以及中断优先级控制寄存器IP来确定中断优先级。IP寄存器用于设置各个中断源的优先级,例如,可以设置外部中断0的优先级高于外部中断1。中断服务程序的入口地址是固定的,由硬件设计决定,一般在中断向量表中可以找到。
4. **中断服务**:CPU跳转到对应的中断服务程序进行处理。这个程序通常包含对中断事件的处理代码,例如读取传感器数据、更新显示或者响应通信协议。
5. **中断恢复**:中断服务程序执行完毕后,CPU会清除中断标志,表示该中断已被处理。然后,通过恢复现场,包括恢复程序计数器的值,CPU会回到中断前的位置继续执行被中断的程序,这一过程也被称为中断返回。
中断系统的引入大大增强了单片机的实时性和灵活性。在实际应用中,中断系统广泛应用于实时控制系统、通信系统、数据采集系统等,确保了单片机在处理复杂任务时能对突发事件做出快速响应,从而提高了系统的整体性能。对于初学者来说,理解和掌握中断系统的工作原理及其配置方法是学习单片机基础知识的重要环节。