简介

中断是什么？

先让我们看一下“中断”这个词在我们现实生活中的含义。中断的英语单词是 interrupt，这个词有“暂停；中断；打扰；打断；妨碍”等意思。

举个例子，比如我正在读一本非常精彩的书，突然有人打我电话，我就把书签夹在正在读的那一页，然后接电话，电话接完后又回来读书，从刚才停下的地方开始阅读。电话中断了我的阅读！

我们现实生活里中断的例子非常多，大家随便就可以举上几个例子。

实际上，单片机的中断也是这样工作的！中断程序运行的时候，我们的主程会停止工作。稍后我们将用例子作演示。

体验中断

百闻不如一见，让我们用一个实际的例子来体验一下中断，看看传说中的单片机中断是什么样子的。

原理图

首先，按照下面的图把电路在面包板上搭好。

toggle_led

翻转 LED

下载源程序。

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h> // 使用中断必须包含这个文件，sei(), cli() 和 ISR() 等中断相关的定义都在这个头文件里

// 外部中断1 (INT1) 中断服务例程
ISR (INT1_vect)
{
    PORTC = PORTC ^ 1; // (1) 翻转 LED 的状态
}

// 端口和 INT1 初始化
void init(void)
{
    DDRC = 0xFF; // 将 PORTC 设置成输出模式
    PORTC = 0x00;

    // 设置化外部中断1
    EICRA = 0b00001000; // (1 << ISC11) 下降沿触发中断 see datasheet page 72
    EIMSK = 0b00000010; // (1 << INT1)  开启 INT1      see datasheet page 73
}

int main(void)
{
    init(); // 初始化
    sei();  // 开启全局中断

    while (1)
    {
        // 这里面什么都没有
    }
}

注释(1)里面的 ^ 符号是 C 语言里的异或(XOR)运算，它的行为如下:

A B 结果
0 1 1
1 1 0

也就是说

因此，每当你按一下键，LED 的状态就会翻转。

中断会打断我们主程序的运行

试试下面的例子(下载源程序)：

#include <avr/io.h>
#define F_CPU 12000000UL // 12 MHz
#include <util/delay.h>
#include <avr/interrupt.h> // sei(), cli() 和 ISR() 等中断相关的定义都在这个头文件里

// 外部中断1 (INT1) 中断服务例程
ISR (INT1_vect)
{
    uint8_t i, temp;

    temp = PORTC;    // 先把 PORTC 里面的数据保存起来

    // 我们让 LED 闪烁 5 次
    for(i = 0; i<5; i++)
    {
        PORTC = 0b00000000;
        _delay_ms(500);      // 亮半秒钟(注意：在中断里使用延时不是好的编程习惯，这里仅供演示)
        PORTC = 0b11111111;
        _delay_ms(500);      // 灭半秒钟
    }

    PORTC = temp;            // 恢复 PORTC 的值
}

// 端口和 INT1 初始化
void init(void)
{
    DDRC = 0xFF; // 将 PORTC 设置成输出模式
    PORTC = 0x00;

    // 设置化外部中断1
    EICRA = 0b00001000; // (1 << ISC11) 下降沿触发中断 see datasheet page 72
    EIMSK = 0b00000010; // (1 << INT1)  开启 INT1      see datasheet page 73
}

int main(void)
{
    unsigned char i;

    init(); // 初始化
    sei();  // 开启全局中断

    while (1)
    {
        for (i=0; i<6; i++)
        {
            PORTC = (1 << i); // 移位操作
            _delay_ms(500);
        }
    }
}

按一下接在 INT1 上的按键，观察效果。

外部中断

恭喜！如果你完成了上面的两个例子，实际上已经实际体验了单片机的外部中断！让我们来解释一下什么是外部中断。

intx

图中的红色标识就是外部中断，INT0 和 INT1。在我们的单片机开发板上，INT0 已经被 USB 通讯所占用，因此我们使用 INT1 来做实验。

INT0 和 INT1 的工作原理是：当这个引脚上的电压有变化的时候，就会导致中断发生，因为这个电压变化发生在单片机的外部，所以称为外部中断，可以理解成是在外部发生的中断。

寄存器，寄存器！

以前我们讲过，单片机就像一台迷你电脑，它上面集成了很多外围设备，每个设备都是由一些叫做寄存器的东西所控制的。中断也一样，要想使用中断，首先就要设置寄存器。

那我们要设置那些寄存器呢？答案就是看单片机的数据手册(可以把单片机的数据手册看成是“权威指南”)或者参考一些图书。

在数据手册第 72 页，就是 INT0 和 INT1 的相关描述，我们会用到两个寄存器。

在 EICRA 的描述里面有下面这个表格，它说明外部中断1可以用什么样的方法来“触发”它。

ISC11 ISC10 行为描述
0 0 INT1 上的低电平会产生一个中断请求
0 1 只要在 INT1 上有任何逻辑电压变化都会产生一个中断请求
1 0 INT1 上的下降沿会产生一个中断请求
1 1 INT1 上的上升沿会产生一个中断请求

注意“请求”这个词，它指的是向 CPU 请求，意思是“啊，我这里有个中断，快来看看啊！”

我们来看看什么叫“上升沿”和“下降沿”。

中断服务程序(ISR)

单片机上有很多种中断，我们要对它进行设置，把中断和一个对应的程序连接起来，这个程序叫中断服务例程(Interrupt Service Routine, 缩写是 ISR)，意思是说当中断发生的时候，这个程序就要为中断“服务”，非常形象。

定时器溢出中断

timer_overflow

讲 Timer 0 的控制寄存器 TCCR0 和 TCNT0

下载源代码。

#include <avr/io.h>
#define F_CPU 12000000UL
#include <util/delay.h>
#include <avr/interrupt.h> // sei(), cli() 和 ISR() 等中断相关的定义都在这个头文件里

// 全局变量
uint8_t seconds; // 秒
uint8_t minutes; // 分钟
uint8_t hours;   // 小时

volatile uint8_t counter; // 计数器

ISR (TIMER0_OVF_vect) // 查 avr-libc manual
{
    if (counter++ >=181)
    {
        counter = 0;

        if (seconds++ > 59) // 如果秒钟满 60 秒
        {
            minutes = minutes + 1; // 分钟加一
            seconds = 0;           // 秒钟归零

            if (minutes++ > 59)    // 如果分钟满 60
            {
                hours = hours + 1; // 小时加一
                minutes = 0;       // 分钟归零

                if (hours++ > 23)  // 如果满 24 小时
                hours = 0;     // 新的一天开始了！
            }
        }
        PORTC = seconds;
    }
}

ISR (INT1_vect)
{
    PORTB = PORTB ^ 0x01; // toggle LED
}

// 端口初始化
void init(void)
{
    DDRC = 0xFF; // 将 PORTC 设置成输出模式
    PORTC = 0x00;

    DDRB = 0xFF; // 设置 PORTB
    PORTB = 0x00;

    // 设置 INT1
    EICRA = 0b00001000; // (1 << ISC11) 下降沿触发中断 see datasheet page 72
    EIMSK = 0b00000010; // (1 << INT1)  开启 INT1      see datasheet page 73

    // 设置 Timer 0
    TCCR0B = (1 << CS02);   // Prescaler 256
    TIMSK0 |= (1 << TOIE0); // 打开溢出中断功能
}

int main(void)
{

    init(); // 端口初始化
    sei();

    while (1)
    {
    }
}




#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

volatile uint8_t counter;

int main(void)
{
    // 设置 Timer 0 的时钟信号
    TCCR0B = (1 << CS02); // Prescaler 256

    // 打开溢出中断功能
    TIMSK0 |= (1 << TOIE0);

    // 打开全局中断开关
    sei();

    while(1)
    {
        // 可以在这里写其它的代码
    }
}

/*
溢出中断处理程序
当 TCNT0 的值超出 255 时就会归零
这里下面的程序就会被执行
*/

ISR (TIMER0_OVF_vect)
{
    if (counter++ >= 181)
}

要使用 Timer 0 的溢出中断，我们需要设置两个寄存器。

TCCR0B – Timer/Counter Control Register B

ATmega328P 数据手册第 108 页。

CS02 CS01 CS00 行为描述
0 0 0 不接时钟信号(Timer/Counter 处于停止状态)
0 0 1 IO 时钟频率/1
0 1 0 IO 时钟频率/8
0 1 1 IO 时钟频率/64
1 0 0 IO 时钟频率/256
1 0 1 IO 时钟频率/1024
1 1 0 T0 脚(PORTD.4)上的外部时钟源，下降沿
1 1 1 T0 脚(PORTD.4)上的外部时钟源，上升沿

TIMSK0 – Timer/Counter Interrupt Mask Register

ATmega328P 数据手册第 110 页。

计时器(Timer)从 0 开始数数，每次加 1，当数到 255 的时候，再增加一个数，它就会变成 0，看下面的图：

timer_basic

如果我们设置好了定时器(timer)的溢出中断，当数到 255 的时候，再增加一个数，定时器(timer)它就会溢出(想象我们水杯的例子)，这个时候，CPU 就会去执行 ISR 程序！看下面的图：

timer_isr

单片机的 Timer/Counter 是单片机里最复杂的东西。

中断有什么好处？

餐厅服务员的例子

轮询

游乐场

Timer 计数功能

用一个转盘，IR LED 光电传感器，对脉冲进行计数。或者用对射的方案，只要有东西经过就能计数。