單片機外部中斷詳解及程序

單片機在自主運行的時候一般是在執(zhí)行一個死循環(huán)程序，在沒有外界干擾（輸入信號）的時候它基本處于一個封閉狀態(tài)。比如一個電子時鐘，它會按時、分、秒的規(guī)律來自主運行并通過輸出設備（如液晶顯示屏）把時間顯示出來。在不需要對它進行調校的時候它不需要外部干預，自主封閉地運行。如果這個時鐘足夠準確而又不掉電的話，它可能一直處于這種封閉運行狀態(tài)。但事情往往不會如此簡單，在時鐘剛剛上電、或時鐘需要重新校準、甚至時鐘被帶到了不同的時區(qū)的時候，就需要重新調校時鐘，這時就要求時鐘就必須具有調校功能。因此單片機系統(tǒng)往往又不會是一個單純的封閉系統(tǒng)，它有些時候恰恰需要外部的干預，這也就是外部中斷產生的根本原由。
實際上在第二個示例演示中，就已經舉過有按鍵輸入的例子了，只不過當時使用的方法并不是外部中斷，而是用程序查詢的方式。下面就用外部中斷的方法來改寫一下第二個示例中，通過按鍵來更改閃爍速度的例子（第二個例子）。電路結構和接線不變，僅把程序改為下面的形式。
#include
unsigned int t=500; //定義一個全局變量t，并設定初始值為500次
//===========延時子函數(shù)，在8MHz晶振時約1ms=============
void delay_ms(unsigned int k)
{
unsigned int i,j;
for(i=0;i{
for(j=0;j<1140;j++)
;
}
}
//============主函數(shù)==================================
void main( void )
{
DDRB = 0xFF; //設置端口B為輸出方向
PORTB = 0xFF; //設置端口B的輸出為全高電平
DDRD = 0x00; //設置端口D為輸入方向
PORTD = 0xFF; //設定端口D為內部上拉方式，無信號輸入時處于高電平狀態(tài)
MCUCR = 0x0A; //設定INT0、INT1為下降沿觸發(fā)
GICR = 0xC0; //使能INT0、INT1中斷
SREG = 0x80; //使能總中斷
while(1)
{
PORTB = 0x55; //讓接在端口B上的LED顯示01010101
delay_ms(t); //延時t個ms
PORTB = 0xAA; //讓接在端口B上的LED顯示01010101
delay_ms(t); //延時t個ms
}
}
//============中斷函數(shù)(外部0)==========================
#pragma vector = INT0_vect
__interrupt void INT0_Server(void)
{
t = 100; //設定t的值為100次
}
//============中斷函數(shù)(外部1)==========================
#pragmavector= INT1_vect
__interrupt void INT1_Server(void)
{
t = 500; //設定t的值為500次
}
把上述程序進行編譯并下載到單片機中，可以看到結果與第二個示例中的完全一致。下面就來分析一下鍵盤中斷的程序原理。
在分析程序之前，先來了解一下什么叫“外部中斷”。前面已講述過，在沒有打擾的情況下，單片機的程序在封閉狀態(tài)下自主運行，但如果在某一時刻需要響應一個外部事件（比如有按鍵被按下），這時就需要用外部中斷。具體來講，外部中斷就是在單片機的一個引腳上，由于外部因素導致了一個電平的變化（比如由高變低），而通過捕獲到這個變化，單片機內部自主執(zhí)行的程序就被暫時打斷，轉而去執(zhí)行相應的中斷處理程序，執(zhí)行完后又回到原來中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行原程序。這個引腳上的電平變化，就申請了一個外部中斷事件，而這個能申請外部中斷的引腳就是外部中斷的觸發(fā)引腳。在上面的例子中，可以看到兩個按鍵S1、S2被接到了ATMega16的PD3和PD2引腳，而這兩個引腳正是該單片機的兩個外部中斷（INT1和INT0）的觸發(fā)引腳（第二功能）。當按鍵沒有按下時，這兩個引腳都為高電平（執(zhí)行過PORTD=0xFF），當按鍵被按下時，引腳電平跳變?yōu)榈碗娖剑@時若單片機設置成允許中斷申請，就會觸發(fā)外部中斷事件，從而轉去執(zhí)行中斷服務程序。明白了這個過程之后，接下來就可以分析程序了。
程序執(zhí)行后，主程序就一直在不停的運行while(1)內的這個死循環(huán)，讓LED以t=500ms的初始值來交替閃爍，直到有外部中斷來打斷它。假設某一時刻按鍵S2被按下，這時由于引腳PD2上的電平突然被拉低，申請了一個外部中斷0（INT0），這時的程序就轉去執(zhí)行外部中斷0的中斷服務程序（即__interrupt void INT0_Server(void)函數(shù)）。這時全局變量t的值被該函數(shù)重新賦值為100（即延時為100ms），完成后又回到主函數(shù)中的while(1)內去繼續(xù)執(zhí)行，因此LED閃爍的速度就變快了。
觀察程序可看出，如果沒有中斷去調用中斷服務子程序，在主程序中是沒有語句去調動它的。也就是說如果沒有外部中斷，中斷服務子程序（即__interrupt void INT0_Server(void)函數(shù)）是永遠不會被執(zhí)行的。這也說明，中斷服務子程序是一類特殊的子程序，它不能被主程序調用，只能被中斷申請調用。因此，中斷服務子程序有它固定的格式和寫法。在不同的編譯系統(tǒng)中的寫法不完全一樣，下面給出IAR下的中斷服務子程序的格式。
#pragmavector= INT0_vect
__interrupt void INT0_Server(void)
{
中斷服務程序代碼
}
以上是固定格式，除斜體部分外，其余部分不可更改。斜體部分中的INT0_vect表示中斷的向量號，不同的中斷名稱不一樣（原型在頭文件iom16.h中）。斜體部分中的INT0_Server是中斷函數(shù)的名稱，是由開發(fā)者自己定義的。雖然可以自定義，但名稱還是要取得“見名知義”，這樣一看就知道是什么中斷服務了。