AVR单片机中断应用设计要点

A.中断设计注意点:

1．具备Bootloader功能的AVR，其中断向量区可以在Flash程序存储器空间最低位置和Bootloader区的头部来回迁移，这主要用于配合Bootloader程序的应用。如果不使用Bootloader功能，一般不要中断向量区进行迁移。

2．Flash较小的AVR芯片，其一个中断向量占据1个字的空间，用于放置一条相对转移RJMP指令（范围-2K~+2K字），跳到中断服务程序。对于不使用的中断，在中断向量区中应放置1条中断返回指令RETI，增强程序的抗干扰性。

3．ATmega128的Flash空间为64K字节，因此它的一个中断向量占据2个字的空间，用于放置一条绝对转移JMP指令（指令长度为2个字），跳到中断服务程序。对于不使用的中断，在中断向量区中应连续放置2条中断返回指令RETI，增强程序的抗干扰性。当使用汇编语言编写系统程序时应注意。

4．当MCU响应一个中断时，其硬件系统会自动中断返回地址压入系统堆栈，并将关闭全局中断响应（硬件将中断标志I位清0），清除该中断的中断标志位；执行中断返回指令RETI时，硬件会先允许全局中断响应（硬件将中断标志I位置1），然后从系统堆栈中弹出返回地址到PC程序计数器中，继续执行被中断打断的程序。除此之外，MCU的硬件没有对中断保护做其他处理。

5．因此，用户在编写中断服务程序时，首先要编写中断现场保护程序，如保护MCU的状态寄存器等。在中断返回之前，不要忘记恢复中断现场。

6．如果设置和允许外部中断响应，即使是外部INT0..7引脚设置为输出方式，在引脚上的电平变化也会触发外部中断的发生，这一特性提供了使用软件产生中断的途径。

7．外部中断可选择采用上升沿触发、下降沿触发以及电平变化（由高变低或由低变高）和低电平触发等方式，无外部高电平触发方式。具体触发方式由外部中断控制寄存器EICRA（INT3:0）和EICRB（INT7:4）决定。

8．如果选择外部低电平方式触发中断时应特别注意：（1）引脚上的低电平必须一直保持到当前一条指令执行完成后才能触发中断；（2）低电平中断并不置位中断标志位，即外部低电平中断的触发不是由于中断标志位引起的，而是外部引脚上电平取反后直接触发中断（当然需要开放全局中断允许）。因此，在使用低电平触发方式时，中断请求将一直保持到引脚上的低电平消失为止。唤句话说，只要中断引脚的输入引脚保持低电平，那么将一直触发产生中断。所以，在低电平中断服务程序中，应有相应的操作命令，控制外部器件释放或取消加在外部引脚上的低电平。

B．中断优先级以及中断嵌套处理

1.AVR中断的优先级由该中断向量在中断向量区中的位置确定，处于低地址的中断向量所对应的中断拥有高优先级，所以，系统复位RESET拥有最高优先级。

2.当两个中断同时发生申请中断时，MCU先响应中断优先级高的中断。低优先级的中断一般将保持中断标志位的状态（外部低电平中断除外），等待MCU响应处理。

3.MCU响应一个中断后，在进入中断服务前已由硬件自动清零全局中断允许位。因此此时即使有更高优先级的中断请求发生，MCU也会不响应，要等执行到RETI指令，从本次中断返回，并执行了一条指令后，才能继续响应中断。所以，在缺省情况下，AVR的中断不能嵌套。AVR中断的优先级只是在有多个中断同时发生时才起作用，此时MCU将首先响应高优先级的中断。

4.AVR中断嵌套处理是通过软件方式实现的。如在B中断服务中，如需要MCU能及时的响应A中断（不是等本次中断返回后再响应），B中断的服务程序应这样设计：（1）B中断的现场保护；（2）屏蔽除A以外其它的中断允许标志；（3）用指令SEI开放允许全局中断；（4）B中断服务；（5）用指令CLI禁止全局中断（6）恢复在本中断程序被屏蔽的中断允许标志；（7）B中断现场恢复；（8）B中断返回。

5.采用软件方式实现中断嵌套处理的优点，是能够让程序员可以根据不同的实际情况和需要来决定中断的重要性，有更加灵活的手段处理中断响应和中断嵌套，如让低优先级的中断（此时很重要）打断高优先级中断的服务等，但同时也增加了编写中断服务程序的复杂性。

6.由于AVR的指令执行速度比较高，因此在一般情况下，不建议使用中断嵌套的处理方法。当然，这还需要用户在编写中断处理服务程序中，应遵循中断服务程序尽量要短的原则。

C．高级语言开发环境中中断服务程序的编写

1.在高级语言开发环境中，都扩展和提供了相应编写中断服务程序的方法，但不同高级语言开发环境中对编写中断服务程序的语法规则和处理方法是不同的。用户在编写中断服务程序前，应对所使用开发平台，中断程序的编写方法，中断的处理方法等有较好的了解。

2.使用ICCAVR、CVAVR、BASCOM-AVR等高级语言编写中断服务程序时，通常不必考虑中断现场保护和恢复的处理，因为编译器在编译中断服务程序的源代码时，会在生成的目标代码中自动加入相应的中断现场保护和恢复的指令。

3.如果用户要编写效率更高或特殊的中断服务程序，可以采用嵌入汇编、关闭编译系统的自动产生中断现场保护和恢复代码等措施，但程序员要对所使用的开发环境有更深的了解和掌握，并具备较高的软件设计能力。本人中给出的USART接收和发送中断服务程序（使用CVAVR开发平台）就是一个非常典型的示例。 
 AVR 主要特性      
整理者： 中子     
作者：马潮老师
原文出处：OurAVR.com 技术论坛

　　高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位 , 一直是衡量单片机性能的重要指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件。

　　早期单片机主要由于工艺及设计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案：即采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。以后的 CMOS单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并未被彻底改观(51以及51兼容)。此间虽有某些精简指令集单片机(RISC)问世,但依然沿袭对时钟分频的作法。

　　AVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机(CISC)追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中(指令集中占大多数的单周期指令都是如此)，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。当然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的。

　　AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32个寄存器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑)。提高了指令执行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。

　　AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌长寿命的EEProm可长期保存关键数据，避免断电丢失。片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序,并可像MCS-51单片机那样扩展外部 RAM。

　　AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性，使的得I/O口资源灵活、功能强大、可充分利用。

　　AVR单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供URAT、I2C、SPI使用。其中与8/16位定时器配合的具有多达10 位的预分频器，可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。AVR单片机独有的“以定时器/计数器（单）双向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法(即脉宽调制输出PWM)”更是令人耳目一新。

　　增强性的高速同/异步串口，具有硬件产生校验码、硬件检测和校验侦错、两级接收缓冲、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功能，提高了通信的可靠性，方便程序编写，更便于组成分布式网络和实现多机通信系统的复杂应用，串口功能大大超过MCS-51/96单片机的串口，加之AVR单片机高速，中断服务时间短，故可实现高波特率通讯。

　　面向字节的高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI与I2C接口兼容，具备ACK信号硬件发送与识别、地址识别、总线仲裁等功能，能实现主/从机的收/发全部4种组合的多机通信。SPI支持主/从机等4种组合的多机通信。

　　AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源(自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位)，可设置的启动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性。

　　AVR单片机具有多种省电休眠模式，且可宽电压运行（5-2.7V），抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。

　　AVR单片机技术体现了单片机集多种器件(包括FLASH程序存储器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等)和多种功能(增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换功能的I/O端口…… )于一身，充分体现了单片机技术的从“片自为战”向“片上系统SoC”过渡的发展方向。

　　综上所述，AVR单片机博采众长，又具独特技术，不愧为8位机中的佼佼者。