PIC系列單片機的中斷資源特點及其應用方法詳解

1 PIC單片機簡介

PIC系列單片機是美國Microchip技術公司推出的高性能價格比的8位嵌入式控制器（Embedded Controller），它采用了精簡指令集計算機RISC（Reduced Instruction Set Computer）和哈佛（Harvard）雙總線以及兩級指令流水線結構。具有高速度、低工作電壓、低功耗等特點和優(yōu)良的性能價格比，因而PIC系列單片機越來越受到單片機開發(fā)與應用工程技術人員的青睞。該系列獨特的結構和中斷資源使其在使用時與其它系列的單片機有許多不同之處。下面以PIC16CXX系列微控制器為例來介紹PIC系列單片機的中斷資源特點以及應用方法。

2 中斷資源的開發(fā)與屏蔽

圖1是PIC16C64/64A/65/65A的中斷邏輯電路圖，其它型號芯睡的中斷資源也大致相同，只是資源多少不一而已，但它們的中斷入口只有一個（入口地址在004H）。PIC 單片機 的中斷大致可以分為兩類。

第一類是由中斷控制器INTCON直接控制的中斷，包括外部引腳中斷INT的RB口電平變化中斷以及定時器TMRO溢出中斷，它們的中斷允許位和中斷標志都在INTCON寄存器中。引腳中斷INT和定時器TMRO溢出中斷與其它微處理器相同。RB口電平變化中斷是PIC 單片機 特有的中斷，當把RB口高4位I/O口線設置為輸入時，只要這4位I/O口線上的電平發(fā)生變化就會引起中斷。RB口的電平中斷特性對用戶是非常有用的。用戶可以直接利用這些口線的關鍵部位進行電平檢測，并可利用中斷進行保護性控制等操作；另一方面，電平中斷特性還可以利用RB口的軟件控制弱上拉特性組成一個矩陣鍵盤，并用按鍵喚醒CPU，這對于那些以電池供電的系統(tǒng)特別有用。

另一類是外圍接口中斷，包括定時器TMR1溢出中斷、TMR溢出或匹配中斷、同步串行口中斷、異步串行口中斷、并行從動口中斷和CCP（Capture/Compare/PWM）中斷等，而帶A/D功能的PIC16C7X系列微處理器還有A/D轉換完成中斷。這些中斷的允許位分別在PIE1和PIE2寄存器，而中斷標志則分別在PIR1和PIR2中。

所有的中斷都有自己的中斷允許位和中斷標志，外圍接口中斷不僅受各自的中斷允許位控制，同時還共同受外圍中斷控制允許位的控制。全局中斷允許位GID能夠控制所有的中斷。無論全局中斷允許位GIE和相應的中斷允許位狀態(tài)如何，只要滿足中斷條件，各個中斷標志位都會被置1。

與其它微處理器不同的是：當CPU響應中斷時全局中斷允許閏GIF會自動被清零，中斷標志位不能用硬件清零而只能用軟件清零；當執(zhí)行中斷返回指令RETFIE時，全局中斷允許位GIE會被自動置1而重新開放中斷。因此，在重新開放中斷之前要用軟件清零有關的中斷標志位，以避免產生不斷地中斷請求而反復進入中斷。由于全局中斷允許位GIE會被中斷服務程序（RETFIE指令）自動置1，因此用軟件清零GIE并不可靠，這一點要特別注意。用下面的程序可確保整個中斷被禁止。

***************LOOP BCF INTCON，GIE ；禁止整個中斷BTFSC INTCON，GIE ；判斷全局中斷是否被禁止GOTO LOOP ；否，重新清零…… ；繼續(xù)***************

對于外部中斷事件，例如：INT引腳中斷和RB口引腳電平變化中斷等為邊沿觸發(fā)，因此，CPU在響應中斷時對外部信號的要求并不苛刻。一般情況下，中斷花費的時間需要3或4個指令周期，確切時間取決于中斷事件發(fā)生的時刻而與指令本身的周期數無關。

3 中斷的優(yōu)先級

PIC系列單片機只有一個中斷入口（004H），所有的中斷都通過該入口進入中斷服務子程序，至于是哪一個中斷源，只有在進入中斷服務子程序后查詢中斷標志才能確認。該單片機沒規(guī)定中斷的優(yōu)先級，也沒有用于設定中斷優(yōu)先級的寄存器，中斷的優(yōu)先級是由于中斷服務子程序中斷查詢中斷標志的順序確定的。CPU響應一個中斷并進入中斷服務程序后，全局中斷允許位GIE被自動清零，CPU在此期間不響應其它中斷，也不能形成中斷嵌套。

因此，在使用中斷時要合理安排查詢中斷標志的順序，盡量縮短CPU在中斷服務程序中逗留的時間。在用PIC系列單片機構成系統(tǒng)時應盡量減少中斷源的個數，對于那些執(zhí)行時間較長且不需采用中斷方式來處理的事件，應盡量采和查詢標志的方式進行處理；對于那些必須采用中斷方式處理的事件，在中斷服務程序中要盡量先查詢對系統(tǒng)至關重要的事件的中斷標志。

另外，在退出中斷服務程序時，只清除處理過的中斷標志即可，而不需要將所有的中斷標志清除。

對于RB口電平變化中斷，一方面要保存RB口每次變化后的狀態(tài)，以便在下次中斷時判斷是哪根口線上的電平發(fā)生了變化；另一方面可以設置產生中斷的口線標志，并將由于該中斷而未執(zhí)行的程序在中斷服務程序外通過查詢口線標志來執(zhí)行，以減少CPU在中斷服務程序中逗留的時間。

4 程序跨頁時的中斷處理

PIC系列單片機的程序存儲空間是分頁處理的，每頁空間的大小為512字節(jié)到4k字節(jié)不等。頁程序計數器PC是一個13位寬的增量寄存器，其低8位PCL是一個可讀/寫寄存器，其高字節(jié)PCH（有效位為5位）不能直接進行讀/寫操作，它通過一個8位保護寄存器PCLATH把高5位地址傳遞給程序計數器的高字節(jié)。當一個中斷被響應時，PC中的斷點地址自動被壓棧（PUSH）保護；而當執(zhí)行RETFIE指令時，堆棧中的斷點地址回彈到（POP）程序存儲器PC中。

無論是壓棧操作還是出棧操作，它們都不影響PCLATH寄存器的內容。同時，CPU響應中斷并跳轉到中斷入口地址時，都只能在本頁內跳轉而不影響PLCATH寄存器的內容。另外，在中斷入口安排的是GOTO語句，而GOTO語句也只能在本頁跳轉。當中斷服務程序存放在程序存儲器的第一頁且CPU在執(zhí)行非第一頁內程序時，響應中斷將導致中斷入口地址和中斷返回地址錯誤而引起程序混亂。下面以PIC16C65A來說明這個問題的解決辦法。

PIC16C65A的片內程序存儲器為4k，分為兩頁，每頁2k。假設中斷服務程序存放在第一頁（0000H-07FFH），通常這樣做是因為中斷入口地址在第一頁，因而可以減少程序量）。那么，具體程序如下：

***************ORG 0000H0000H GOTO STARTORG 0004H***************0004H GOTO PRO-INTORG 0005H0005H START …………0234H PRO-INT…………RETFIE***************

通過匯編程序編譯可知，在程序存儲器0004H單元存放的代碼是2A34H，當CPU在程序存儲器第一頁響應中斷時，程序先跳到0004H，然后跳到0234H執(zhí)行，正常進入中斷，執(zhí)行完后能正常返回。當CPU在程序存儲器第二頁響應中斷時，由于PCLATH的D4D3（頁選擇位）為01，CPU4執(zhí)行“GOTO PRO-INT”時的代碼雖然是2A34H，但程序不是跳到0234H執(zhí)行，而是跳至0A34H執(zhí)行。顯然，程序執(zhí)行錯誤。

解決這一問題的方面是在程序存儲器0A34H處安排一段程序，在中斷程序結束時判斷CPU響應中斷時程序所處的位置，從而使程序根據該信息合理設置頁選擇位，然后再返回中斷。

******************ORG 0A34HBSF RAM，b ;設置在程序執(zhí)行到第二頁時CPU響應中斷的標志BCF PCLATH，3 ；將PC切換到第一頁GOTO PRO-INT ；程序跳轉到中斷服務程序*******************在指令RETFIE前應增加的程序如下：******************BTFSC RAM，b ；判斷CPU響應中斷前程序所在位置BSF PCLATH，3 ；設置頁選擇位RETFIE******************

以上程序中的RAM是一個內存單元，b是該單元的某一位，該位在程序初始化時清零，CPU在執(zhí)行程序存儲器第二頁的程序并響應中斷時該位置“1”。經過上述處理，CPU不管在程序存儲器第一頁還是第二頁響應中斷，都能正確進入中斷服務程序并能正確返回中斷前的地址。

5 利用中斷喚醒CPU

PIC系列單片機具有休眠（SLEEP）省電工作模式，當執(zhí)行一條SLEEP指令后，芯片就進入低功耗休眠模式。進入休眠狀態(tài)后，主振蕩器停止工作，此時芯片消耗的電流極低（在3V工作電壓，32kHz時鐘時典型值約1μA），這一特點對于電池供電的系統(tǒng)非常有利。利用中斷可以將CPU從休眠狀態(tài)喚醒。這些中斷源包括外部INT引腳中斷、RB口引腳電平改變中斷和部分外圍接口中斷。用于喚醒休眠狀態(tài)的CPU外圍接口中斷有：工作在異步計數器方式下的TMR1中斷、SSP起始/停止位檢測中斷、CCP捕捉方式中斷和從動并行口讀寫中斷。其它外圍接口中斷因需要片內Q時鐘而無法產生中斷。

利用中斷事件喚醒CPU與全局中斷允許位GIE無關，任意一個中斷允許位置1的中斷源，只要產生中斷就會將相應的中斷標志置1，芯片將立入中斷服務程序與全局中斷允許位GIE的狀態(tài)和緊接SLEEP指令后的那條指令有關。由于PIC系列 單片機 采用了兩級指令流水線結構，在執(zhí)行SLEEP指令時，下一條指令已預先取出，因此在GIE位為0時，芯片被喚醒后首先執(zhí)行預先取出的那條指令；如果GIE位為1，則芯片被喚醒后執(zhí)行預先取出的那條指令后緊接著轉入中斷入口地址再執(zhí)行中斷服務程序。在這種情況下，應在SLEEP指令后安排一條空操作指令NOP，以便CPU被喚醒后能立即進入中斷服務程序。

總之，PIC系列單片機是一種性能價格比很高的微控制器，正確、合理地使用其中斷資源可以使系統(tǒng)更加完善，工作更加穩(wěn)定。