单片机关于中断的理解

一、什么是中断？——通俗易懂的理解

我们先用一个生活中的例子来引入：

你正在写博客，突然老板发来一条消息要你立刻处理一个紧急任务。于是你暂停手中的博客工作，先完成老板的任务，之后再回去接着写博客。

这就是中断的精髓！

💡 专业术语解释如下：

• 中断源：老板的消息 —— 触发了中断
• 中断响应：你暂停写博客 —— CPU响应中断
• 中断服务：去处理老板的任务 —— 中断服务程序（ISR）
• 中断返回：回来继续写博客 —— 中断处理结束，回到原任务

这整个过程在单片机中就叫中断机制：当程序执行中有更紧急的事件发生，CPU会“打断”当前任务，转而处理那个更紧急的任务，处理完再回来继续原来的程序。

二、为什么需要中断？

在嵌入式系统中，有许多事件是突发的或随机的，比如：

• 外部按键被按下
• 串口收到了数据
• 传感器发生状态变化
• 定时器超时

如果我们用轮询的方式去检测这些事件，不但效率低，而且容易错过时机。而中断机制可以及时捕捉这些突发事件，提升响应效率，是嵌入式系统的核心机制之一。

三、线程和中断的关系（更深入理解）

虽然大多数单片机程序是单线程执行，但我们可以用线程的概念来更好理解中断：

• 主程序 = 主线程
• 中断服务程序 = 插队线程

中断就像是插队的线程，执行完后再返回主线程继续运行。

虽然单片机只有一个CPU（通常是单核），但通过中断配合“时间分片”，可以实现“看起来像多线程”的运行效果。

例如：

主程序：读取温度传感器 → 更新显示屏 → 写日志
中断A：每隔1秒触发，采集温度数据
中断B：串口接收到命令时立即响应

中断机制让单片机可以处理多个任务而不会错过任何重要事件。

四、中断的基本构成与流程

🌐 中断系统的组成：

1. 中断源：产生中断请求的事件（如外部按键、定时器溢出等）
2. 中断控制器：管理多个中断源、优先级、屏蔽等（如 NVIC）
3. 中断向量表：中断发生后，CPU查找服务函数的跳转地址
4. 中断服务函数（ISR）：响应中断的程序逻辑代码

🔁 中断处理流程：

程序正常运行中...
↓
中断源事件发生（如按键）
↓
CPU暂停当前任务，保存上下文
↓
执行中断服务函数（ISR）
↓
ISR执行完毕，恢复上下文
↓
程序继续执行被打断的主任务

五、中断优先级与嵌套

如果多个中断同时发生，CPU应该先处理谁？

这就涉及到了中断优先级。

举个例子：

• 你正在写博客（主程序）
• 老板发来消息（中断A）
• 同时老婆也发来任务（中断B）

你优先处理哪个？当然是老婆的任务！说明老婆的中断优先级更高。

中断嵌套：

如果你正在执行一个低优先级的中断任务时，一个高优先级的中断来了，它可以打断正在执行的中断，先执行自己，再返回原来的中断任务继续执行。

六、常见中断类型

七、实战：51单片机 外部中断示例

🎯 目标：

按下按键 K3 → LED 状态翻转

🔧 示例代码解析：

#include "reg52.h"

typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;

sbit k3 = P3^2;  // 按键接在 P3.2（INT0）
sbit led = P2^0; // LED 接在 P2.0

// 延时函数（用于消抖）
void delay(u16 i) {
    while(i--);
}

// 中断初始化函数
void Int0Init() {
    IT0 = 1; // 设置为下降沿触发
    EX0 = 1; // 开启外部中断0
    EA  = 1; // 开启总中断
}

void main() {
    Int0Init(); // 初始化中断
    while(1);   // 主循环空转等待中断
}

// 外部中断0 服务函数
void Int0() interrupt 0 {
    delay(1000);  // 消抖
    if (k3 == 0) {
        led = ~led;  // 翻转LED状态
    }
}

📌 注意：

• IT0=1 设置为下降沿触发（按下时引脚电平从高→低）
• EX0=1 允许外部中断0
• EA=1 总中断使能
• ISR 函数名为 Int0()，interrupt 0 表示它是中断号0

八、STM32 中断机制补充（入门 STM32 必看）

1️⃣ 中断配置步骤简要总结：

1. 配置引脚为输入模式（上拉/下拉/浮空）
2. 配置引脚与中断线映射关系（EXTI 与 GPIO 映射）
3. 设置触发方式（上升沿、下降沿、双边沿）
4. 使能中断线
5. 配置 NVIC 中断控制器（设置抢占优先级与响应优先级）
6. 编写中断服务函数（ISR）

2️⃣ STM32 的两个中断优先级概念：

优先级数值越小，等级越高！

例如：抢占优先级 = 1，响应优先级 = 2
比 抢占优先级 = 2，响应优先级 = 0 的中断 优先级更高

3️⃣ NVIC优先级分组（重要）

NVIC 的优先级分组决定了抢占优先级和响应优先级的位数分配，比如：

• 分组0：4位全是响应优先级（不允许中断嵌套）
• 分组3：2位抢占 + 2位响应（允许嵌套）

九、总结一句话

中断是一种“随叫随到”的任务机制，能让单片机灵活地处理中断性事件，是嵌入式开发中不可或缺的重要机制。