单片机中断系统

中断的产生背景

请设想这样一个场景：此刻我正在厨房用煤气烧一壶水，而烧开一壶水刚好需要 10 分钟，我是一个主体，烧水是一个目的，而且我只能时时刻刻在这里烧水，因为一旦水开了，溢出来浇灭煤气的话，有可能引发一场灾难。但就在这个时候呢，我又听到了电视里传来《天龙八部》的主题歌，马上就要开演了，我真想夺门而出，去看我最喜欢的电视剧。然而，听到这个水壶发出的“咕嘟”的声音，我清楚：除非等水烧开了，否则我是无法享受我喜欢的电视剧的。

这里边主体只有一个我，而我要做的有两件事情，一个是看电视，一个是烧水，而电视和烧水是两个独立的客体，它们是同时进行的。其中烧水需要 10 分钟，但不需要了解烧水的过程，只需要得到水烧开的这样一个结果就行了，提下水壶和关闭煤气只需要几秒的时间而已。所以我们采取的办法就是：烧水的时候，定上一个闹钟，定时 10 分钟，然后我就可以安心看电视了。当 10 分钟时间到了，闹钟响了，此刻水也烧开了，我就过去把煤气灭掉，然后继续回来看电视就可以了。

这个场景和单片机有什么关系呢？

在单片机的程序处理过程中也有很多类似的场景，当单片机正在专心致志的做一件事情（看电视）的时候，总会有一件或者多件紧迫或者不紧迫的事情发生，需要我们去关注，有一些需要我们停下手头的工作去马上去处理（比如水开了），只有处理完了，才能回头继续完成刚才的工作（看电视）。这种情况下单片机的中断系统就该发挥它的强大作用了，合理巧妙的利用中断，不仅可以使我们获得处理突发状况的能力，而且可以使单片机能够“同时”完成多项任务。

 定时器中断的应用

在第五章我们学过了定时器，而实际上定时器一般用法都是采取中断方式来做的，我是故意在第五章用查询法，就是使用 if(TF0==1)这样的语句先用定时器，目的是明确告诉同学们，定时器和中断不是一回事，定时器是单片机模块的一个资源，确确实实存在的一个模块，而中断，是单片机的一种运行机制。尤其是初学者们，很多人会误以为定时器和中断是一个东西，只有定时器才会触发中断，但实际上很多事件都会触发中断的，除了“烧水”，还有“有人按门铃”，“来电话了”等等。

标准 51 单片机中控制中断的寄存器有两个，一个是中断使能寄存器，另一个是中断优先级寄存器，这里先介绍中断使能寄存器，如表 6-1 和表 6-2 所示。随着一些增强型 51 单片机的问世，可能会有增加的寄存器，大家理解了我们这里所讲的，其它的通过自己研读数据手册就可以理解明白并且用起来了。

表 6-1 IE——中断使能寄存器的位分配（地址 0xA8、可位寻址）

位	7	6	5	4	3	2	1	0
符号	EA	--	ET2	ES	ET1	EX1	ET0	EX0
复位值	0	--	0	0	0	0	0	0

表 6-2 IE——中断使能寄存器的位描述

位	符号	描述
7	EA	总中断使能位，相当于总开关
6	--	--
5	ET2	定时器 2 中断使能
4	ES	串口中断使能
3	ET1	定时器 1 中断使能
2	EX1	外部中断 1 使能
1	ET0	定时器 0 中断使能
0	EX0	外部中断 0 使能

中断使能寄存器 IE 的位 0～5 控制了 6 个中断使能，而第 6 位没有用到，第 7 位是总开关。总开关就相当于我们家里或者学生宿舍里的那个电源总闸门，而 0～5 位这 6 个位相当于每个分开关。那么也就是说，我们只要用到中断，就要写 EA = 1 这一句，打开中断总开关，然后用到哪个分中断，再打开相对应的控制位就可以了。

我们现在就把前面的数码管动态显示的程序改用中断再实现出来，同时数码管显示抖动和“鬼影”也一并处理掉了。程序运行的流程跟图 6-1 所示的流程图是基本一致的，但因为加入了中断，所以整个流程被分成了两部分，秒计数和转换为数码管显示字符的部分还留在主循环内，而动态扫描部分则移到了中断函数内，并加入了消隐的处理。下面来看程序：

#include <reg52.h>

sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

unsigned char code LedChar[] = { //数码管显示字符转换表
    0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
    0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
};
unsigned char LedBuff[6] = { //数码管显示缓冲区，初值 0xFF 确保启动时都不亮
    0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};

unsigned char i = 0;  //动态扫描的索引
unsigned int cnt = 0;  //记录 T0 中断次数

void main(){
    unsigned long sec = 0;  //记录经过的秒数
    EA = 1;  //使能总中断
    ENLED = 0;  //使能 U3，选择控制数码管
    ADDR3 = 1;  //因为需要动态改变 ADDR0-2 的值，所以不需要再初始化了
    TMOD = 0x01;  //设置 T0 为模式 1
    TH0 = 0xFC;  //为 T0 赋初值 0xFC67，定时 1ms
    TL0 = 0x67;
    ET0 = 1;  //使能 T0 中断
    TR0 = 1;  //启动 T0

    while (1){
        if (cnt >= 1000){  //判断 T0 溢出是否达到 1000 次
            cnt = 0;  //达到 1000 次后计数值清零
            sec++;  //秒计数自加 1
           
            //以下代码将 sec 按十进制位从低到高依次提取并转为数码管显示字符
            LedBuff[0] = LedChar[sec%10];
            LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];
            LedBuff[2] = LedChar[sec/100%10];
            LedBuff[3] = LedChar[sec/1000%10];
            LedBuff[4] = LedChar[sec/10000%10];
            LedBuff[5] = LedChar[sec/100000%10];
        }
    }
}
/* 定时器 0 中断服务函数 */
void InterruptTimer0() interrupt 1{
    TH0 = 0xFC;  //重新加载初值
    TL0 = 0x67;
    cnt++;  //中断次数计数值加 1
   
    //以下代码完成数码管动态扫描刷新
    P0 = 0xFF;
    //显示消隐
    switch (i){
        case 0: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[0]; break;
        case 1: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[1]; break;
        case 2: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[2]; break;
        case 3: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[3]; break;
        case 4: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[4]; break;
        case 5: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=1; i=0; P0=LedBuff[5]; break;
        default: break;
    }
}

大家可以先把程序抄下来，编译下载到单片机里运行，看看实际效果。是否可以看到，近乎完美的显示效果经过我们的努力终于做成功了。下面我们还要再来解析一下这个程序。

在这个程序中，有两个函数，一个是主函数，一个是中断服务函数。主函数 main()我们就不用说了，重点强调一下中断服务函数，它的书写格式是固定的，首先中断函数前边 void表示函数返回空，即中断函数不返回任何值，函数名是 InterruptTimer0()，这个函数名在符合函数命名规则的前提下可以随便取，我们取这个名字是为了方便区分和记忆，而后是 interrupt这个关键字，一定不能错，这是中断特有的关键字，另外后边还有个数字 1，这个数字 1 怎么来的呢？我们先来看表 6-3。

表 6-3 中断查询序列

中断 函数编号	中断名称	中断 标志位	中断 使能位	中断 向量地址	默认 优先级
0	外部中断 0	IE0	EX0	0x0003	1(最高)
1	T0 中断	TF0	ET0	0x000B	2
2	外部中断 1	IE1	EX1	0x0013	3
3	T1 中断	TF1	ET1	0x001B	4
4	UART 中断	TI/RI	ES	0x0023	5
5	T2 中断	TF2/EXF2	ET2	0x002B	6

这个表格同样不需要大家记住，需要的时候过来查就可以了。我们现在看第二行的 T0中断，要使能这个中断那么就要把它的中断使能位 ET0 置 1，当它的中断标志位 TF0 变为 1时，就会触发 T0 中断了，那么这时就应该来执行中断函数了，单片机又怎样找到这个中断函数呢？靠的就是中断向量地址，所以 interrupt 后面中断函数编号的数字 x 就是根据中断向量得出的，它的计算方法是 x*8+3=向量地址。当然表中都已经给算好放在第一栏了，我们可以直接查出来用就行了。到此为止，中断函数的命名规则我们就都搞清楚了。

中断函数写好后，每当满足中断条件而触发中断后，系统就会自动来调用中断函数。比如我们上面这个程序，平时一直在主程序 while(1)的循环中执行，假如程序有 100 行，当执行到 50 行时，定时器溢出了，那么单片机就会立刻跑到中断函数中执行中断程序，中断程序执行完毕后再自动返回到刚才的第 50 行处继续执行下面的程序，这样就保证了动态显示间隔是固定的 1ms，不会因为程序执行时间不一致的原因导致数码管显示的抖动了。