AVR单片机——中断系统
2022-11-30

中断的优点

中断函数只在中断触发源触发的时候才会执行,其他时间不执行. 如果不使用中断而且如果要根据某个端口的变化而作相应的函数操作,就必须不断地查询端口的信号,而中断不用,只要端口一有变化,就会系统就会自动进入中断函数, 我觉得这就是中断的目的,也是优点.

中断优先级

1.png

1) AVR单片机在同一个优先级中,中断向量入口地址越低,其优先级越高。AVR单片机在响应中断以后,会禁止系统响应其余中断。如果程序需要在某个中断服务程序中响应其它中断事件,可以在该中断服务程序中用重新使能全局中断即可。否则,AVR单片机只有在退出中断进程时,才重新使能全局中断。

2) AVR(至少是ATmega16)单片机采用固定的硬件优先级方式,不支持通过软件对中断优先级重新设定。

AVR有不同的中断源。每个中断和复位在程序空间都有独立的中断向量。所有的中断事件都有自己的使能位。当使能位置位,且状态寄存器的全局中断使能位I 也置位时,中断可以发生。

3) AVR单片机的中断优先级只在同时触发中断时 优先级高的中断先进行处理,而对于51单片机中低级别的中断不能打断高级别的中断,在AVR单片机中低级别的中断却可以

中断相关寄存器

1.MCUCR——MCU控制寄存器

SM2 SE SM1 SM0 ISC11 ISC10 ISC01 ISC00

位3,2——ISC11,ISC10:中断触发方式控制1 位1与位0

外部中断1由引脚INT1激发,如果SREG寄存器的I标志位和相应的中断屏蔽位置位的话。在检测边沿前MCU首先采样INT1引脚上的电平。如果选择了边沿触发方式或电平变化触发方式,那么持续时间大于一个时钟周期的脉冲将触发中断,过短的脉冲则不能保证触发中断。如果选择低电平触发方式,那么低电平必须保持到当前指令执行完成。

ISC11 ISC10 说明

0 0 INT1为低电平时产生中断请求

0 1 INT1引脚上任意的逻辑电平变化都将引发中断

1 0 INT1的下降沿产生异步中断请求

1 1 INT1的上升沿产生异步中断请求

位1,0–ISC01,ISC00:中断0触发方式控制位 1与位0

外部中断0由引脚INT0激发,如果SREG寄存器的I标志位和相应的中断屏蔽位置位的话。在检测边沿前MCU首先采样INT0引脚上的电平。如果选择了边沿触发方式或电平变化触发方式,那么持续时间大于一个时钟周期的脉冲将触发中断,过短的脉冲则不能保证触发中断。如果选择低电平触发方式,那么低电平必须保持到当前指令执行完成。

ISC01 ISC00 说明

0 0 INT0为低电平时产生中断请求

0 1 INT0引脚上任意的逻辑电平变化都将引发中断

1 0 INT0的下降沿产生异步中断请求

1 1 INT0的上升沿产生异步中断请求

2.MCUCSR——MCU控制与状态寄存器

JTD ISC2 – JTRF WDRF BORF EXTRF PORF

位6——ISC2:中断2触发方式控制

异步外中断2由外部引脚INT2激活,如果SREG寄存器的I标志和GICR寄存器相应的中断屏蔽位置位的话。若ISC2写0,INT2的下降沿激活中断。若ISC2写1,INT2的上升沿激活中断。INT2的边沿触发方式是异步的。只要INT2引脚上产生宽度大于Table 36所示数据的脉冲就会引发中断。若选择了低电平中断,低电平必须保持到当前指令完成,

然后才会产生中断。而且只要将引脚拉低,就会引发中断请求。改变ISC2时有可能发生中断。因此建议首先在寄存器GICR里清除相应的中断使能位INT2,然后再改变ISC2。最后,不要忘记在重新使能中断之前通过对GIFR寄存器的相应中断标志位INTF2写'1’其清零。

3.GICR——通用中断控制寄存器

INT1 INT0 INT2 – – – IVSEL IVCE

位7——INT1:使能外部中断请求1

当INT1为'1’,而且状态寄存器SREG的I标志置位,相应的外部引脚中断就使能了。MCU通用控制寄存器–MCUCR的中断敏感电平控制1位1/0(ISC11与ISC10)决定中断是由上升沿、下降沿,还是INT1电平触发的。只要使能,即使INT1引脚被配置为输出,只要引脚电平发生了相应的变化,中断将产生。

位6——INT0:使能外部中断请求0

当INT0为'1’,而且状态寄存器SREG的I标志置位,相应的外部引脚中断就使能了。MCU通用控制寄存器–MCUCR的中断敏感电平控制0位1/0(ISC01与ISC00)决定中断是由上升沿、下降沿,还是INT0电平触发的。只要使能,即使INT0引脚被配置为输出,只要引脚电平发生了相应的变化,中断将产生。

位 5——INT2:使能外部中断请求2

当INT2为'1’,而且状态寄存器SREG的I标志置位,相应的外部引脚中断就使能了。MCU通用控制寄存器–MCUCR的中断敏感电平控制2位1/0(ISC2与ISC2)决定中断是由上升沿、下降沿,还是INT2电平触发的。只要使能,即使INT2引脚被配置为输出,只要引脚电平发生了相应的变化,中断将产生。

4.GIFR——通用中断标志寄存器

INTF1 INTF0 INTF2 – – – – –

位 7——INTF1:外部中断标志1

INT1引脚电平发生跳变时触发中断请求,并置位相应的中断标志INTF1。如果SREG的位I以及GICR寄存器相应的中断使能位INT1为”1”,MCU即跳转到相应的中断向量。进入中断服务程序之后该标志自动清零。此外,标志位也可以通过写入”1”来清零。

位6——INTF0:外部中断标志0

INT0引脚电平发生跳变时触发中断请求,并置位相应的中断标志INTF0。如果SREG的位I以及GICR寄存器相应的中断使能位INT0为”1”,MCU即跳转到相应的中断向量。进入中断服务程序之后该标志自动清零。此外,标志位也可以通过写入”1”来清零。

位 5——INTF2:外部中断标志2

INT2引脚电平发生跳变时触发中断请求,并置位相应的中断标志INTF2。如果SREG的位I以及GICR寄存器相应的中断使能位INT2为”1”,MCU即跳转到相应的中断向量。进入中断服务程序之后该标志自动清零。此外,标志位也可以通过写入”1”来清零。注意,当INT2中断禁用进入某些休眠模式时,该引脚的输入缓冲将禁用。这会导致INTF2标志设置信号的逻辑变化。

一些重要的点

一、中断信号往往是电信号的某种变化形式,如

脉冲的上升沿或下降沿

高电平或低电平

电平变化

二、中断向量

中断请求被cpu检测到之后,如果中断控制系统允许,cpu会自动转移,执行一个固定的程序空间地址的指令。

这个固定地址叫做中断入口地址,也叫中断向量。而这个地址是有单片机的硬件来决定的。

一般这个地址不放置具体的程序,只放置一条跳转指令,转向真正的中断服务程序。

三、AVR不支持软件改变中断优先级,即其优先级是固定的。

四、中断源分为三类

1.非屏蔽中断,如reset中断,无法屏蔽

2.屏蔽中断,大部分中断都是可屏蔽的

3.软件中断,AVR不支持,好像ARM里面有,可以作为操作系统的中断调用。

五、中断响应条件

响应A中断 = 全局中断允许标志 AND 中断A允许标志 AND 中断A标志

全局中断允许标志对于AVR就是其标志寄存器SREG的I位,SREG.7,gcc中打开和关闭的方法为sei()和cli()

中断允许标志,一般来说每个中断都会有单独的允许标志位,放置在某个相关的寄存器中,通过单独设置那一位可以打开或关闭相应的中断。

中断标志,一般说来这个标志都是硬件触发的,就是一旦满足那个条件,这个标志自动为1,不需要手动设置。

六、中断向量区大小 = 中断源个数 x 每个中断向量所占的字数

七、中断标志位一般会在cpu响应中断后自动清除,或在中断服务程序中通过读写专门的寄存器而自动清除。

当然也可以对其进行软件清除,清除方法是对其写1(这点比较怪)

八、中断标志会一直保持,如果中断被禁止或者是cpu不能马上响应的话。这是称作“挂起”,一旦cpu可以响应了,则马上按优先级处理中断。

九、个别中断不带中断标志,比如配置为低电平触发的外部中断。只要满足条件就会向cpu一直发送中断申请。

这里就会出现这样的问题:

1.cpu暂时没响应中断,低电平没有了,这样就少了一次服务

2.cpu响应了,响应完事,低电平还在,又多服务了一次

所以设计的时候要注意

一般这种低电平触发中断方式用于唤醒处于休眠模式的cpu,可参考具体方案。

十、AVR响应中断时会将全局中断允许位关掉,不响应其它中断,所以也就不允许中断的嵌套。

当然可以在中断服务程序中,将其开启,但是这样做是非常危险的,不提倡。

十一、中断响应的过程如下

1.清零全局中断

2.将具体被响应的中断标志位清零

3.中断断点地址压入堆栈,同时SP减2

4.自动将中断向量地址压入PC,强制执行。

以上均由硬件自动完成,软件需要做的事情如下:

1.中断入口处指令:rjmp reset

2.中断服务程序

3.返回指令 reti

十二、

非常要注意的是中断只保存和恢复了断点的PC值,对其它的寄存器均没有保护,所以如果在中断服务程序中要是改变了某些寄存器的值的话就容易出现问题。

所以,中断服务程序要尽量短,不做多余的操作,并且一旦对sreg有破坏的话,一定要在先将其压入堆栈。

十三、技巧

在使能一个中断允许位之前,最好将改中断的中断标志位清除,然后马上使能允许位。

这样可以避免一些不必要的错误,如果之前改标志为1的话,就会产生一个错误的中断。

再说一次,清除标志位的方法是对其写1。

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