微处理器中的外部启动操作

简介

在微处理器的应用中，我们有时需要通过外部设备的信号来启动某个功能或操作。这个过程称为外部启动操作。外部启动操作一般都是由一些特定的信号触发，例如按键、传感器等外部设备。

实现

实现外部启动操作需要通过中断来实现。当外部设备发送信号时，中断服务程序会被触发执行。中断服务程序通常会做一些准备工作，然后开始执行外部设备要求的某些操作。

下面是一个示例程序，用来演示如何在微处理器中实现外部启动操作。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

#define LED_DDR DDRB
#define LED_PORT PORTB
#define LED_PIN PB5

#define BUTTON_DDR DDRD
#define BUTTON_PORT PORTD
#define BUTTON_PIN PD2

volatile uint8_t button_pressed = 0;

ISR(INT0_vect) {
  // 中断服务程序
  button_pressed = 1;
}

int main(void) {
  cli(); // 关闭中断

  // 配置 LED 管脚为输出
  LED_DDR |= (1 << LED_PIN);

  // 配置按钮管脚为输入
  BUTTON_DDR &= ~(1 << BUTTON_PIN);
  BUTTON_PORT |= (1 << BUTTON_PIN);

  // 配置 INT0 中断
  EICRA |= (1 << ISC00); // 任意电平变化触发中断
  EIMSK |= (1 << INT0); // 开启 INT0 中断

  sei(); // 开启中断

  while (1) {
    if (button_pressed) {
      LED_PORT ^= (1 << LED_PIN); // 切换 LED 状态
      button_pressed = 0; // 重置标志位
    }
  }
}

解释

上述示例程序实现了一个简单的功能：当按下按钮时，控制 LED 状态翻转。

首先，我们定义了两个宏 LED_DDR 和 LED_PORT，用于配置和控制 LED 管脚。同时，定义了一个宏 BUTTON_DDR 和 BUTTON_PORT，用于配置和读取按钮管脚状态。其中，BUTTON_PIN 是按钮所连接的管脚编号。

在 ISR(INT0_vect) 中断服务程序中，当按钮管脚检测到电平变化时，会触发 INT0 中断。中断服务程序会将一个标志位 button_pressed 置为 1。注意，这里需要使用 volatile 修饰符，使得编译器不会对 button_pressed 进行优化，确保中断服务程序和主程序之间的变量同步。

在 main 函数中，我们先关闭了总中断，然后配置 LED 管脚为输出，按钮管脚为输入，并且配置了 INT0 中断。INT0 中断会在任意电平变化时触发，因此我们需要在程序中检测按钮的状态。

最后，我们开启总中断，并且在主程序中检测标志位 button_pressed，如果为真，就切换 LED 状态并重置标志位。

总结

外部启动操作在实际应用中非常常见。通过中断方式实现外部启动操作可以提高系统的响应速度和可靠性。需要注意的是，中断服务程序需要进行一些必要的调用和保存操作，以确保程序的正确性。同时，代码中需要对共享变量进行同步操作，避免出现竞争和不确定行为。