PIC系列單片機中斷源已經(jīng)達到14個.可謂相當豐富;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時的時序,其算法應該如何實現(xiàn)成了首先需要解決的問題。
1 中斷處理技術
對于PIC系列單片機,其設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)場的保護是中斷技術中一個很重要的環(huán)節(jié)。對于PICl6F87X單片機,在進人中斷服務程序期間,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容,即進行所謂的現(xiàn)場保護。
PICl6F87X子系列單片機具備的中斷源多達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單片機中采用的是硬件堆棧結構,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指令系統(tǒng)中的壓棧(PUSH)和出棧(POP)指令。實現(xiàn)中斷現(xiàn)場保護時,不能用堆棧來實現(xiàn),而是通過變量的復制備份來實現(xiàn)。一般的實現(xiàn)辦法是:先確定要保護的現(xiàn)場,一般包括WReg、STATUS等寄存器的內容,然后在各個頁都定義與這些寄存器對應的變量。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)場寄存器內容復制到備份變量,退出中斷處理時再復制回去恢復現(xiàn)場:
2 基于PICl6F87X單片機的頻率計設計
隨著電子技術的迅速發(fā)展,以單片機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,在工程技術和無線電測量、計量等領域的應用十分廣泛。設計的頻率計主要用來測量脈沖頻率。
2.1設計原理
PICl6F87X單片機內部集成有捕捉,比較,脈寬調制PWM(CCP)模塊。當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)生相應的中斷。
PICl6F87X單片機內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,并且將會設置溢出中斷標志位TMR1IF為1,同時引起CPU中斷響應。
在均勻的脈沖序列中,脈沖頻率值等于單位時間內發(fā)生的脈沖次數(shù)。根據(jù)這個原理,可以采用PICl6F87X系列單片機內置定時器模塊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,可測頻率范圍可擴大n倍(如圖2所示)。
圖2 CPU外接示意圖
2.2 程序設計
(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)在中斷服務的過程中,標志位被連續(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,中斷服務處理加上跳轉判斷的時間為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的時間間隔,如果清除中斷標志位的指令安排在中斷服務子程序的尾部,就有可能造成丟失該中斷請求(即兩次中斷標志置位的事件只對應一條清除指令和一次中斷處理),也就是如果清除中斷標志位的指令安排在中斷服務程序的尾部,就有可能丟失響應在處理中斷期間該中斷源第2次中斷請求的機會。
4)為了能夠編寫好一個簡潔的中斷程序,應抓住中斷的特點是具有實時性,針對實時中斷數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),也就是中斷的特點在于數(shù)據(jù)的采集。因此在中斷程序中只應該處理數(shù)據(jù)采集和標志位的設置,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;中斷程序負責數(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速度。
5)對于中斷響應和處理時間有嚴格要求的應用,保護現(xiàn)場的指令安排也應考慮延時問題。
6)在進行查表操作時必須禁止CPU響應中斷。以避免中斷返回時跳轉到不希望的地址上去。
4 結束語
靈活地應用中斷,不但可以大量的節(jié)省CPU資源,而且能夠使程序更加簡化.具有更高的實時性和穩(wěn)定性。經(jīng)過測試,這種頻率計具有測量準確度高、使用方便、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點,可應用于計量測試領域。同時由于使用軟件控制,電路結構簡單,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,該方案具有原理簡單.性能可靠、分辨率高特點,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。本方案已在單片機課程相關教學中應用。