PIC16F87X單片機(jī)中斷系統(tǒng)應(yīng)用須關(guān)注的問(wèn)題

在圖2中，第1行是系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，每4個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)應(yīng)1個(gè)指令周期。第2行就是指令周期信號(hào)。該信號(hào)只有在RC 振蕩模式下，從OSC2腳上可以向片外送出。第3行是單片機(jī)外部引腳INT送入的中斷脈沖信號(hào)。外部中斷信號(hào)INT是用邊沿觸發(fā)的。假設(shè)預(yù)先設(shè)定的是 INT中斷信號(hào)上升沿有效的話，則該信號(hào)的上升沿將會(huì)在1個(gè)時(shí)鐘周期后引發(fā)中斷標(biāo)志位INTF被置位。第4行代表INTF信號(hào)。每個(gè)指令周期內(nèi)的第2個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿時(shí)，該信號(hào)被抽檢1次。一旦檢測(cè)到INTF信號(hào)被設(shè)置為“1”，則CPU會(huì)在接下來(lái)的1個(gè)指令周期內(nèi)，將全局中斷屏蔽位GIE清零。第5行是全局中斷屏蔽位GIE。在GIE信號(hào)被清零的下一個(gè)指令周期內(nèi)，程序計(jì)數(shù)器PC被置入中斷向量0004H，見圖2中第6行。同時(shí)在該指令周期內(nèi)完成到中斷服務(wù)程序的跳轉(zhuǎn)，并且實(shí)現(xiàn)提取該子程序的首條指令，即指令（0004H），見圖2中第7行。在其后的1個(gè)指令周期內(nèi)，正式開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序的第1條指令，見圖2中第8行。自INT引腳輸入有效信號(hào)，到中斷服務(wù)程序的第1條指令得到執(zhí)行，大約需要3～4個(gè)指令周期的延時(shí)。更精確的延遲時(shí)間取決于中斷事件的發(fā)生時(shí)機(jī)。

以上描述的只是1次中斷從申請(qǐng)到得到CPU的響應(yīng)的延遲時(shí)間。下面分析從CPU響應(yīng)1次中斷到該中斷得到有效處理的延遲時(shí)間。由于具有中斷功能的PIC系列單片機(jī)（低檔產(chǎn)品PIC16C5X和PIC12C5X系列不具備中斷功能），采用的是“多源中斷”的設(shè)計(jì)方案（即1個(gè)中斷向量對(duì)應(yīng)著多個(gè)中斷源），只有惟一的1個(gè)中斷向量，或者說(shuō)只有1個(gè)中斷服務(wù)程序入口地址。這就意味著，此類單片機(jī)的中斷服務(wù)程序只能編寫1個(gè)。這類單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，那么，相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)上就得多開銷一些。在1個(gè)中斷服務(wù)程序中，若想對(duì)多個(gè)中斷源作出處理，就必須在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，首先執(zhí)行調(diào)查具體中斷源的一條或多條指令，其后才能對(duì)查到的中斷源作出有針對(duì)性的服務(wù)。如此以來(lái)，就形成了1次中斷從CPU響應(yīng)到進(jìn)入針對(duì)性處理的延遲時(shí)間。該時(shí)間有長(zhǎng)有短，它會(huì)隨著被開放的中斷源的個(gè)數(shù)的增加而增加。最好情況是只有1個(gè)中斷源被開放，這時(shí)不需要檢測(cè)中斷源就可以立即進(jìn)入針對(duì)性處理；最壞情況是所有中斷源全部開放，此時(shí)用在檢測(cè)中斷源上的時(shí)間會(huì)最長(zhǎng)。

另外，PIC單片機(jī)中采用的是硬件堆棧結(jié)構(gòu)。其好處是既不占用程序存儲(chǔ)器空間，也不占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，同時(shí)也不需用戶去操作堆棧指針；但此時(shí)也帶來(lái)1個(gè)不可回避的弱點(diǎn)，即不具備像其他單片機(jī)指令系統(tǒng)中的壓棧（PUSH）和出棧（POP）指令那樣，實(shí)現(xiàn)中斷現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)會(huì)麻煩一些，并且占用的處理時(shí)間也相應(yīng)多一點(diǎn)。

2 中斷的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)問(wèn)題

中斷現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)是中斷技術(shù)中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。在進(jìn)入中斷服務(wù)程序期間，只有返回地址，即程序計(jì)數(shù)器PC的值被自動(dòng)壓入堆棧。若需要保留其他寄存器的內(nèi)容，就得由程序員另想辦法。由于PIC單片機(jī)的指令系統(tǒng)中沒(méi)有像其他單片機(jī)那樣的PUSH（入棧）和POP（出棧）之類的指令，所以要用1段用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)類似的功能。因?yàn)槭怯?段程序來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，而程序的執(zhí)行有可能會(huì)影響到W寄存器和STATUS寄存器，所以，首先應(yīng)該把這2個(gè)寄存器保護(hù)起來(lái)，然后再去保存其他用戶認(rèn)為有必要保護(hù)的寄存器。并且在PIC單片機(jī)中，中斷現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)不是保留到芯片的堆棧存儲(chǔ)區(qū)中，而是保留在用戶自己選擇的一些文件寄存器（即RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元）中，當(dāng)然一般應(yīng)該選擇通用寄存器來(lái)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。下面給出的是1段原廠家最新提供的實(shí)現(xiàn)保護(hù)中斷現(xiàn)場(chǎng)的范例程序片段。
　　；將W、STATUS和PCLATH寄存器的內(nèi)容保存到臨時(shí)備份寄存器中
　?。?］MOVWFW_TEMP 　　;復(fù)制W到它的臨時(shí)備份寄存器W_TEMP中
　?。?］SWAPFSTATUS,W ;將STATUS寄存器高低半字節(jié)交換后放入W
　?。?］CLRFSTATUS ;不管當(dāng)前處在哪個(gè)體，都設(shè)置體0作當(dāng)前體
　?。?］MOVWFSTATUS_TEMP ;保存STATUS到體0上的臨時(shí)寄存器STATUS_TEMP
　?。?］MOVF PCLATH, W ;把寄存器PCLATH內(nèi)容復(fù)制到W中
　　［6］MOVWFPCLATH_TEMP ;經(jīng)W將PCLATH內(nèi)容轉(zhuǎn)到臨時(shí)寄存器PCLATH_TEMP
　?。?］CLRFPCLATH ;不管當(dāng)前處在哪頁(yè)，都把PCLATH設(shè)置成指向頁(yè)0 (中斷服務(wù)程序的核心部分)
　　［8］MOVFPCLATH_TEMP, W ;經(jīng)過(guò)W轉(zhuǎn)移
　?。?］MOVWFPCLATH ;恢復(fù)PCLATH內(nèi)容
　?。?0］SWAPFSTATUS_TEMP,W ;將STATUS_TEMP寄存器高低半字節(jié)交換后放入W
　?。?1］MOVWFSTATUS ;把W內(nèi)容移動(dòng)到STATUS寄存器，（同時(shí)也把當(dāng)前體恢復(fù)到原先的體上）
　　［12］SWAPFW_TEMP,F ;將W_TEMP內(nèi)容高低半字節(jié)交換后放回
　?。?3］SWAPFW_TEMP,W ;再次將W_TEMP內(nèi)容高低半字節(jié)交換后放入W

這段程序適用于PIC16CXX系列中各款型號(hào)的單片機(jī)。在這段例程之前，假設(shè)預(yù)先對(duì)于待保留的各個(gè)寄存器都分別定義了相應(yīng)的臨時(shí)備份寄存器。用后綴 “_TEMP”表示臨時(shí)備份寄存器，例如“W”的臨時(shí)備份寄存器記為“W_TEMP”。對(duì)于這些臨時(shí)備份寄存器究竟需要定義多少個(gè),定義在通用寄存器區(qū)域中的哪個(gè)位置，都是值得考究的問(wèn)題。并且單片機(jī)的型號(hào)不同，其內(nèi)部的通用寄存器區(qū)域的分布也不同，因此這就使得臨時(shí)備份寄存器定義的數(shù)量和位置也不能相同。

例如，對(duì)于PIC16F873/874來(lái)說(shuō)，要求寄存器W_TEMP必須在文件寄存器（即RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）的體0和體1上各定義1 個(gè)，并且這2個(gè)W_TEMP寄存器單元必須具有相同的體內(nèi)地址碼（比如，在體0上把W_TEMP定義在20H單元，則在體1上就把另一個(gè)W_TEMP定義在A0H單元）；而其他寄存器的臨時(shí)備份寄存器（如STATUS_TEMP和PCLATH_TEMP）都僅僅需要在體0上定義1個(gè)即可。

又例如，對(duì)于PIC16F87X子系列中的其他5款型號(hào)來(lái)說(shuō)，情況有所不同。其文件寄存器各個(gè)體的頂端部分有16個(gè)地址空間，都會(huì)尋址到相同的16個(gè)物理單元上。這16個(gè)單元不需要體選尋址，或者說(shuō)，尋址這16個(gè)單元與體選碼無(wú)關(guān)，即與當(dāng)前所處的體無(wú)關(guān)。因此，將各個(gè)臨時(shí)備份寄存器都安排在這個(gè)位置（W_TEMP也只需要定義1個(gè)即可）最為合適。這樣做可以使得現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)變得非常容易。中斷是一種隨機(jī)發(fā)生的事件。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，第1個(gè)要保存的應(yīng)該是工作寄存器W。原因是PIC單片機(jī)沒(méi)有在“不同寄存器”之間進(jìn)行直接傳遞的指令，這樣的功能得用W作中轉(zhuǎn)（需要2條指令）才能實(shí)現(xiàn)，所以應(yīng)該先把W寄存器騰空（對(duì)應(yīng)程序中第1條指令）。急于騰空W寄存器，又不能破壞當(dāng)前狀態(tài)寄存器 STATUS中的體選碼，還不能影響當(dāng)前狀態(tài)寄存器STATUS內(nèi)的標(biāo)志位，可又無(wú)法確定主程序所處的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器當(dāng)前體是哪一個(gè)，就只好在主程序所有可能選擇到的每一個(gè)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器體上的相同位置，都定義1個(gè)W_TEMP臨時(shí)備份寄存器。

一旦把工作寄存器W騰空后，緊接著就應(yīng)將狀態(tài)寄存器STATUS的內(nèi)容轉(zhuǎn)移到W中。完成這一操作的指令也不能影響到STATUS寄存器內(nèi)部原有的標(biāo)志位，原因是STATUS寄存器的內(nèi)容在此之前還沒(méi)有安全地保護(hù)起來(lái)。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析得知，PIC16系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)中有3條“MOV”傳送指令。但是，只有1條“MOVF f,W”是以RAM單元為源寄存器，以W為目標(biāo)寄存器的；而這條指令的操作過(guò)程又偏偏會(huì)影響“Z”標(biāo)志位。因此，該指令就不能使用了，只好用1條既有高、低半字節(jié)交換功能又有傳遞功能的“SWAPFSTATUS,W”來(lái)勉強(qiáng)頂替（對(duì)應(yīng)程序中第2條指令）。不過(guò)在此只利用它的傳遞功能，其交換功能帶來(lái)的多余操作還得記下來(lái)，等到工作完成之后還得把它倒換回來(lái)。

STATUS寄存器的內(nèi)容已經(jīng)保存到W中時(shí)，就可以大膽地將其清0了，以便把定義著 STATUS_TEMP和PCLATH_TEMP的體0設(shè)置為當(dāng)前體（對(duì)應(yīng)程序中第3條指令）。經(jīng)過(guò)以上幾步特別需要謹(jǐn)慎的操作過(guò)后，就可以輕而易舉地將寄存器STATUS和PCLATH的內(nèi)容保存到各自的臨時(shí)備份寄存器中了（對(duì)應(yīng)程序中第4～6條指令）。