PIC单片机多中断处理技术的应用与研究

关键字：PIC单片机 多中断处理技术

    　　引言
    　　PIC系列单片机中断源已经达到14个．可谓相当丰富；但同时也带来了一些难题：在处理多中断时不具备处理“高级优先处理”能力的问题，如此多的中断源在处理时很容易产生中断冲突，如何有效的处理中断到达时的时序，其算法应该如何实现成了首先需要解决的问题。
    　　1 中断处理技术
    　　对于PIC系列单片机，其设计上虽然有很多中断，但是并没有规定中断的优先级。当遇到中断的时候，不做任何判断，而是先把指针指向0004H(中断起始地址)，至于接下来如何操作则完全交给用户“软处理”完成。其中断时序图如下：
   
    图1 INT引脚中断时序图
    　　中断现场的保护是中断技术中一个很重要的环节。对于PICl6F87X单片机，在进人中断服务程序期间，只有返回地址，即程序计数器Pc的值被自动压入硬件堆栈；而在中断处理程序中，一般必须像使用WReg、STATUS等寄存器一样，在中断处理程序开始处，就备份这些寄存器的内容，即进行所谓的现场保护。
    　　PICl6F87X子系列单片机具备的中断源多达14种，中断矢量只有1个，并且各个中断源之间也没有优先级别之分，不具备非屏蔽中断。PIC单片机中采用的是硬件堆栈结构，不占用程序存储器空间，也不占用数据存储器空间，同时也无需用户去操作堆栈指针；但同时也就决定了它不具备其他单片机指令系统中的压栈(PUSH)和出栈(POP)指令。实现中断现场保护时，不能用堆栈来实现，而是通过变量的复制备份来实现。一般的实现办法是：先确定要保护的现场，一般包括WReg、STATUS等寄存器的内容，然后在各个页都定义与这些寄存器对应的变量。以备份现场。发生中断时，在中断处理代码开始处先将这些现场寄存器内容复制到备份变量，退出中断处理时再复制回去恢复现场：
   
    　　2 基于PICl6F87X单片机的频率计设计
    　　随着电子技术的迅速发展，以单片机为控制核心的控制器件，已经全面渗透到测试仪器和计量检定的各个方面。同时，频率计作为一种常用工具，在工程技术和无线电测量、计量等领域的应用十分广泛。设计的频率计主要用来测量脉冲频率。
    　　2．1设计原理
    　　PICl6F87X单片机内部集成有捕捉，比较，脉宽调制PWM(CCP)模块。当CCP工作在捕捉(capture)方式时，可捕捉外部输人脉冲的上升沿或下降沿，并产生相应的中断。
    　　PICl6F87X单片机内部还集成了定时器肘数器模块，采用其中的TMRI作为定时器，该定时器的工作原理是通过TMR1“寄存器对”TMRlH：TMR1L从0000H递增到FFFFH。之后再返回0000H时，会产生高位溢出，并且将会设置溢出中断标志位TMR1IF为1，同时引起CPU中断响应。
    　　在均匀的脉冲序列中，脉冲频率值等于单位时间内发生的脉冲次数。根据这个原理，可以采用PICl6F87X系列单片机内置定时器模块TMRl计时j同时使用CCP模块的捕捉功能，每间隔n(n=1，4，16)个脉冲捕捉一次并产生中断，记录第1个和第(m-1)*n+1个脉冲到来时的定时器计时tl和tm。
    　　用被捕捉的脉冲次数除以第1次和第(m-1)*n+1次脉冲之间间隔的时间即可得到脉冲频率值。因此，脉冲频率值计算公式为：
    f=n*(m-1)/(tm-t1)
    　　若需测量更大频率，可以根据需要在待测频率和CPU的CCP口之间接入相应倍数的分频器，每接入一个1／n倍分频器，可测频率范围可扩大n倍(如图2所示)。
   
    图2 CPU外接示意图
    　　2．2 程序设计
    　　(1)主程序
    　　主程序流程图如图3所示。
   
    图3主程序流程图
    　　(2)中断程序
    　　中断程序流程图如图4所示。
   
    图4中断子程序流程图
    　　3 多中断处理注意的问题
    　　1)要处理多路中断问题，中断处理程序的算法大体上可以分为两类：弱中断优先级(使用CALL和RETURN方式)和强中断优先级(使用GOTO方式)。
    　　2)如果同时发生多个中断请求，则中断处理的顺序取决于中断程序中的检查中断源的顺序。
    　　3)若要防止中断请求被丢失，则要注意下面两种情况：如果同一中断源的中断发生间隔时间小于该中断服务的处理时间，则可能出现中断事件被忽略(体现在中断服务的过程中，标志位被连续发生了两次置位)，例如：中断事件发生的时间间隔为30ms，中断服务处理加上跳转判断的时间为50ms，则情况将会如下所示：
    　　[中断次数______1][中断次数______2][中断次数_____3][中断次数_____4]
    　　[处理次数______1][处理次数______2][处理次数_____4]
    　　如果在中断处理一开始就清除IF，那么如上图所示，中断事件3、4在处理次数2的过程中发生了两次，那么即使IF清除发生在中断次数3发生之前，也将丢失第三次中断。

    　　另外，即使中断出现的时间间隔大于中断服务的时间间隔，如果清除中断标志位的指令安排在中断服务子程序的尾部，就有可能造成丢失该中断请求(即两次中断标志置位的事件只对应一条清除指令和一次中断处理)，也就是如果清除中断标志位的指令安排在中断服务程序的尾部，就有可能丢失响应在处理中断期间该中断源第2次中断请求的机会。
    　　4)为了能够编写好一个简洁的中断程序，应抓住中断的特点是具有实时性，针对实时中断数据采集系统，也就是中断的特点在于数据的采集。因此在中断程序中只应该处理数据采集和标志位的设置，而将数据的处理放在中断之外，由主程序通过循环检测执行数据处理工作，具体做法：先开辟一个“储存缓冲区”，作为采集来的数据的传递媒体，即存储采集数据，等待主程序的处理；中断程序负责数据的采集，并且将采集来的数据值赋给“存储缓冲区”；主程序通过条件循环语句反复检测“存储缓冲区”情况，及时处理采集信息。这样在处理方法既能有效的实现中断的功能，又可以极大的缩减每个中断的时间，提高整个程序的反应速度。
    　　5)对于中断响应和处理时间有严格要求的应用，保护现场的指令安排也应考虑延时问题。
    　　6)在进行查表操作时必须禁止CPU响应中断。以避免中断返回时跳转到不希望的地址上去。
    　　4 结束语
    　　灵活地应用中断，不但可以大量的节省CPU资源，而且能够使程序更加简化．具有更高的实时性和稳定性。经过测试，这种频率计具有测量准确度高、使用方便、稳定可靠的优点，可应用于计量测试领域。同时由于使用软件控制，电路结构简单，使用硬件少，使得成本低廉且携带方便，因此也可广泛应用于工农业生产和居民生活中，具有推广价值。
    　　本文作者创新：频率计是基于PICC高级语言开发平台，采用PICl6F87X单片机，该方案具有原理简单．性能可靠、分辨率高特点，使用该方法测量低频频率时最少可以得到8位有效数字。它采用LCD图形液晶显示，清晰度高，可视范围广，可外接晶体频率源，具有测量速度快、分辨率高的优点。本方案已在单片机课程相关教学中应用。