單片機(jī)多中斷處理技術(shù)的應(yīng)用與研究

　　引言

　　PIC系列單片機(jī)中斷源已經(jīng)達(dá)到14個．可謂相當(dāng)豐富；但同時也帶來了一些難題：在處理多中斷時不具備處理“高級優(yōu)先處理”能力的問題，如此多的中斷源在處理時很容易產(chǎn)生中斷沖突，如何有效的處理中斷到達(dá)時的時序，其算法應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)成了首先需要解決的問題。

　　1 中斷處理技術(shù)

　　對于PIC系列單片機(jī)，其設(shè)計上雖然有很多中斷，但是并沒有規(guī)定中斷的優(yōu)先級。當(dāng)遇到中斷的時候，不做任何判斷，而是先把指針指向0004H(中斷起始地址)，至于接下來如何操作則完全交給用戶“軟處理”完成。其中斷時序圖如下：

圖1 INT引腳中斷時序圖

　　中斷現(xiàn)場的保護(hù)是中斷技術(shù)中一個很重要的環(huán)節(jié)。對于PICl6F87X單片機(jī)，在進(jìn)人中斷服務(wù)程序期間，只有返回地址，即程序計數(shù)器Pc的值被自動壓入硬件堆棧；而在中斷處理程序中，一般必須像使用WReg、STATUS等寄存器一樣，在中斷處理程序開始處，就備份這些寄存器的內(nèi)容，即進(jìn)行所謂的現(xiàn)場保護(hù)。

　　PICl6F87X子系列單片機(jī)具備的中斷源多達(dá)14種，中斷矢量只有1個，并且各個中斷源之間也沒有優(yōu)先級別之分，不具備非屏蔽中斷。PIC單片機(jī)中采用的是硬件堆棧結(jié)構(gòu)，不占用程序存儲器空間，也不占用數(shù)據(jù)存儲器空間，同時也無需用戶去操作堆棧指針；但同時也就決定了它不具備其他單片機(jī)指令系統(tǒng)中的壓棧(PUSH)和出棧(POP)指令。實(shí)現(xiàn)中斷現(xiàn)場保護(hù)時，不能用堆棧來實(shí)現(xiàn)，而是通過變量的復(fù)制備份來實(shí)現(xiàn)。一般的實(shí)現(xiàn)辦法是：先確定要保護(hù)的現(xiàn)場，一般包括WReg、STATUS等寄存器的內(nèi)容，然后在各個頁都定義與這些寄存器對應(yīng)的變量。以備份現(xiàn)場。發(fā)生中斷時，在中斷處理代碼開始處先將這些現(xiàn)場寄存器內(nèi)容復(fù)制到備份變量，退出中斷處理時再復(fù)制回去恢復(fù)現(xiàn)場：

　　2 基于PICl6F87X單片機(jī)的頻率計設(shè)計

　　隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，以單片機(jī)為控制核心的控制器件，已經(jīng)全面滲透到測試儀器和計量檢定的各個方面。同時，頻率計作為一種常用工具，在工程技術(shù)和無線電測量、計量等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。設(shè)計的頻率計主要用來測量脈沖頻率。

　　2．1設(shè)計原理

　　PICl6F87X單片機(jī)內(nèi)部集成有捕捉，比較，脈寬調(diào)制PWM(CCP)模塊。當(dāng)CCP工作在捕捉(capture)方式時，可捕捉外部輸人脈沖的上升沿或下降沿，并產(chǎn)生相應(yīng)的中斷。

　　PICl6F87X單片機(jī)內(nèi)部還集成了定時器肘數(shù)器模塊，采用其中的TMRI作為定時器，該定時器的工作原理是通過TMR1“寄存器對”TMRlH：TMR1L從0000H遞增到FFFFH。之后再返回0000H時，會產(chǎn)生高位溢出，并且將會設(shè)置溢出中斷標(biāo)志位TMR1IF為1，同時引起CPU中斷響應(yīng)。

　　在均勻的脈沖序列中，脈沖頻率值等于單位時間內(nèi)發(fā)生的脈沖次數(shù)。根據(jù)這個原理，可以采用PICl6F87X系列單片機(jī)內(nèi)置定時器模塊TMRl計時j同時使用CCP模塊的捕捉功能，每間隔n(n=1，4，16)個脈沖捕捉一次并產(chǎn)生中斷，記錄第1個和第(m-1)*n+1個脈沖到來時的定時器計時tl和tm。

　　用被捕捉的脈沖次數(shù)除以第1次和第(m-1)*n+1次脈沖之間間隔的時間即可得到脈沖頻率值。因此，脈沖頻率值計算公式為：

f=n*(m-1)/(tm-t1)

　　若需測量更大頻率，可以根據(jù)需要在待測頻率和CPU的CCP口之間接入相應(yīng)倍數(shù)的分頻器，每接入一個1／n倍分頻器，可測頻率范圍可擴(kuò)大n倍(如圖2所示)。

圖2 CPU外接示意圖

　　2．2 程序設(shè)計

　　(1)主程序

　　主程序流程圖如圖3所示。

圖3主程序流程圖

　　(2)中斷程序

　　中斷程序流程圖如圖4所示。

圖4中斷子程序流程圖

　　3 多中斷處理注意的問題

　　1)要處理多路中斷問題，中斷處理程序的算法大體上可以分為兩類：弱中斷優(yōu)先級(使用CALL和RETURN方式)和強(qiáng)中斷優(yōu)先級(使用GOTO方式)。

　　2)如果同時發(fā)生多個中斷請求，則中斷處理的順序取決于中斷程序中的檢查中斷源的順序。

　　3)若要防止中斷請求被丟失，則要注意下面兩種情況：如果同一中斷源的中斷發(fā)生間隔時間小于該中斷服務(wù)的處理時間，則可能出現(xiàn)中斷事件被忽略(體現(xiàn)在中斷服務(wù)的過程中，標(biāo)志位被連續(xù)發(fā)生了兩次置位)，例如：中斷事件發(fā)生的時間間隔為30ms，中斷服務(wù)處理加上跳轉(zhuǎn)判斷的時間為50ms，則情況將會如下所示：

　　[中斷次數(shù)______1][中斷次數(shù)______2][中斷次數(shù)_____3][中斷次數(shù)_____4]

　　[處理次數(shù)______1][處理次數(shù)______2][處理次數(shù)_____4]

　　如果在中斷處理一開始就清除IF，那么如上圖所示，中斷事件3、4在處理次數(shù)2的過程中發(fā)生了兩次，那么即使IF清除發(fā)生在中斷次數(shù)3發(fā)生之前，也將丟失第三次中斷。

　　另外，即使中斷出現(xiàn)的時間間隔大于中斷服務(wù)的時間間隔，如果清除中斷標(biāo)志位的指令安排在中斷服務(wù)子程序的尾部，就有可能造成丟失該中斷請求(即兩次中斷標(biāo)志置位的事件只對應(yīng)一條清除指令和一次中斷處理)，也就是如果清除中斷標(biāo)志位的指令安排在中斷服務(wù)程序的尾部，就有可能丟失響應(yīng)在處理中斷期間該中斷源第2次中斷請求的機(jī)會。

　　4)為了能夠編寫好一個簡潔的中斷程序，應(yīng)抓住中斷的特點(diǎn)是具有實(shí)時性，針對實(shí)時中斷數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也就是中斷的特點(diǎn)在于數(shù)據(jù)的采集。因此在中斷程序中只應(yīng)該處理數(shù)據(jù)采集和標(biāo)志位的設(shè)置，而將數(shù)據(jù)的處理放在中斷之外，由主程序通過循環(huán)檢測執(zhí)行數(shù)據(jù)處理工作，具體做法：先開辟一個“儲存緩沖區(qū)”，作為采集來的數(shù)據(jù)的傳遞媒體，即存儲采集數(shù)據(jù)，等待主程序的處理；中斷程序負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，并且將采集來的數(shù)據(jù)值賦給“存儲緩沖區(qū)”；主程序通過條件循環(huán)語句反復(fù)檢測“存儲緩沖區(qū)”情況，及時處理采集信息。這樣在處理方法既能有效的實(shí)現(xiàn)中斷的功能，又可以極大的縮減每個中斷的時間，提高整個程序的反應(yīng)速度。

　　5)對于中斷響應(yīng)和處理時間有嚴(yán)格要求的應(yīng)用，保護(hù)現(xiàn)場的指令安排也應(yīng)考慮延時問題。

　　6)在進(jìn)行查表操作時必須禁止CPU響應(yīng)中斷。以避免中斷返回時跳轉(zhuǎn)到不希望的地址上去。

　　4 結(jié)束語

　　靈活地應(yīng)用中斷，不但可以大量的節(jié)省CPU資源，而且能夠使程序更加簡化．具有更高的實(shí)時性和穩(wěn)定性。經(jīng)過測試，這種頻率計具有測量準(zhǔn)確度高、使用方便、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于計量測試領(lǐng)域。同時由于使用軟件控制，電路結(jié)構(gòu)簡單，使用硬件少，使得成本低廉且攜帶方便，因此也可廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活中，具有推廣價值。

　　本文作者創(chuàng)新：頻率計是基于PICC高級語言開發(fā)平臺，采用PICl6F87X單片機(jī)，該方案具有原理簡單．性能可靠、分辨率高特點(diǎn)，使用該方法測量低頻頻率時最少可以得到8位有效數(shù)字。它采用LCD圖形液晶顯示，清晰度高，可視范圍廣，可外接晶體頻率源，具有測量速度快、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)。本方案已在單片機(jī)課程相關(guān)教學(xué)中應(yīng)用。