中断过程及技术细节分析|单片机原理与应用实例

首先分析一个生活中的例子：你正在家中学习，突然电话铃响了，你放下书本，去接电话，和打电话的人交谈，之后放下电话，回来继续学习。这就是生活中的“中断”现象，就是正常的工作过程被外部的事件打断了。中断是计算机中的一种非常重要的手段，是在计算机按顺序执行一个程序时，允许内部电路或外部设备请求暂停，紧急处理问题的专门技术。计算机的中断功能由中断系统实现。

具体来说，中断过程有三步：第一步，计算机接受某些内部电路或外部设备请求暂时停止执行原来的正常程序；第二步，执行为这些请求专设的服务子程序；第三步，CPU在结束中断服务子程序后，立即返回原程序的断点继续正常执行。

对于计算机，CPU要面对多项任务，但由于资源有限，因此会出现资源竞争的现象，而中断技术就是解决资源竞争的有效方法。中断技术的应用是计算机发展史上的一个“里程碑”。

1）提高了CPU的工作效率，实现了CPU和外部设备的并行工作。CPU启动外部设备后可以继续执行原程序，外部设备完成指定的操作后可以向CPU发出中断请求，CPU暂时中止原程序的执行而为外部设备服务，完成后继续执行原程序。外部设备在接收到新的命令或数据后可以继续与CPU并行工作。这样CPU不仅可以与多个外部设备并行工作，而且减少了不必要的等待和查询时间，从而大幅提高了CPU的工作效率。

2）实现实时控制现场的各个参数、信息。被控参数可以在任何时刻向CPU发出中断申请，要求CPU及时处理。这样CPU就可以快速响应并处理瞬息变化的现场情况。

3）便于突发故障（如硬件故障、运算错误、电源掉电、程序故障等）的及时发现，提高系统可靠性。

4）能使用户通过键盘发出请求，随时可以对运行中的计算机进行干预。

中断过程示意如图6-1所示。中断过程的三个步骤为：中断响应、执行中断服务程序及中断返回。图中的中断源是指能提出中断请求的计算机内部电路与外部设备。

图6-1 中断过程示意图

下面分析一下中断过程中的技术细节。(www.xing528.com)

1.中断响应

中断响应是计算机允许中断时，在查到中断信号后，能自动进行响应的过程。MCS-51中断系统在中断响应时的技术措施为：

1）当前PC值送堆栈，也就是将CPU本来要取用的指令地址暂存到堆栈中保护起来，以便中断结束时，CPU能找到原来程序的断点处，继续执行下去。这一措施由中断系统自动保存完成。

2）关闭中断，以防其他中断信号干扰。此时，中断系统关闭该中断源接收电路，其他中断请求均被禁止。

3）按中断源入口地址进入中断服务程序。MCS-51系列单片机由硬件为5个中断源设置对应的PC值，称之为中断源入口地址。中断响应时，CPU的PC值自动改变为相应的中断源入口地址。在入口地址处，编制跳转到相应的中断处理程序的转移指令，CPU就可以执行中断服务程序。

2.中断服务程序

在中断响应后，计算机调用的子程序称为中断服务程序。这是专门为外部设备或其他内部部件中断源服务的程序段。其结尾必须是中断返回指令RETI。

3.中断返回

计算机在中断响应执行到RETI指令时，立即结束中断并从堆栈中自动取出在中断响应时压入的PC当前值，从而使CPU返回原程序中断点继续进行下去。