Arduino 中断

2020-10-21 16:49 更新

中断(interrupt)停止Arduino的当前工作,以便可以完成一些其他工作。

假设你坐在家里和别人聊天。突然电话响了。停止聊天,拿起电话与来电者通话。当你完成电话交谈后,你回去和电话响之前的那个人聊天。

同样,你可以把主程序想象成是与某人聊天,电话铃声使你停止聊天。中断服务程序是在电话上通话的过程。当通话结束后,你回到你聊天的主程序。这个例子准确地解释了中断如何使处理器执行操作。

主程序在电路中运行并执行一些功能。但是,当发生中断时,主程序在另一个程序执行时停止。当这个程序结束时,处理器再次返回主程序。

中断

重要特征

这里有一些关于中断的重要特征:

  • 中断可以来自各种来源。在这种情况下,我们使用的是由数字引脚上的状态改变触发的硬件中断。

  • 大多数Arduino设计有两个硬件中断(称为“interrupt0”和“interrupt1”)分别硬连接到数字I/O引脚2和3。

  • Arduino Mega有六个硬件中断,包括引脚21,20,19和18上的附加中断(“interrupt2”到“interrupt5”)。

  • 你可以使用称为“中断服务程序”(Interrupt Service Routine,通常称为ISR)的特殊函数来定义程序。

  • 你可以定义该程序并指定上升沿,下降沿或两者的条件。在这些特定条件下,将处理中断。

  • 每次在输入引脚上发生事件时,都可以自动执行该函数。

中断类型

有两种类型的中断:

  • 硬件中断 - 它们响应外部事件而发生,例如外部中断引脚变为高电平或低电平。

  • 软件中断 - 它们响应于在软件中发送的指令而发生。“Arduino语言”支持的唯一类型的中断是attachInterrupt()函数。

在Arduino中使用中断

中断在 Arduino 程序中非常有用,因为它有助于解决时序问题。中断的良好应用是读取旋转编码器或观察用户输入。一般情况下,ISR 应尽可能短且快。如果你的草图使用多个 ISR,则一次只能运行一个。其他中断将在当前完成之后执行,其顺序取决于它们的优先级。

通常,全局变量用于在 ISR 和主程序之间传递数据。为了确保在 ISR 和主程序之间共享的变量正确更新,请将它们声明为 volatile。

Arduino 中主要有时钟中断和外部中断,本文所说的中断指的是外部中断。Arduino 中的外部中断通常是由Pin 口(数字 Pin 口,不是模拟口)电平改变触发的。每种型号的 Arduino 版都有数个 Pin 口可以用来注册中断,具体如下:

开发板 可以用来注册中断的Pin口
Uno, Nano, Mini, other 328-based 2, 3
Uno WiFi Rev.2 所有数字口
Mega, Mega2560, MegaADK 2, 3, 18, 19, 20, 21
Micro, Leonardo, other 32u4-based 0, 1, 2, 3, 7
Zero 除了4号口外的所有数字口
MKR Family boards 0, 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A1, A2
Due 所有数字口
101 所有数字口 (只有 2, 5, 7, 8, 10, 11, 12, 13数字口可以使用 CHANGE​ 类型中断,中断类型在下文有介绍)

注册中断主要是通过​ attachInterrupt() ​函数实现的,其原型为:

void attachInterrupt(uint8_t interruptNum, void (*userFunc)(void), int mode);
  1. 第一个参数为中断号,Arduino上每个可以注册中断的Pin口都会被分配一个中断号,这里需要传入的是中断号而不是Pin口号。但是不同的Arduino开发板上面的中断号分配并不完全一样。各个开发板的Pin口号和中断号对应关系如下:
     开发板  中断号0  中断号1  中断号2  中断号3  中断号4  中断号5
     Uno, Ethernet  PIN 2  PIN 3        
     Mega2560  PIN 2  PIN 3  PIN 21  PIN 20  PIN 19  PIN 18
     基于32u4的开发板 如 Leonardo, Micro  PIN 3  PIN 2  PIN 0  PIN 1  PIN 7  
    从上表中可以看出同一个 Pin 口在不同的开发板上可能会有不同的中断号,这势必会影响程序的可移植性。幸运的是,Arduino 还提供了另一个函数 digitalPinToInterrupt(int)。从名字就能看出,这个函数能输入 Pin 口号并输出对应的中断号。需要注意的是,输入的 Pin 口号需要在上述的支持列表当中。所以,Arduino 官方推荐我们使用 
    attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), ISR, mode); 
    这种方式来注册中断号。
  2. 第二个参数是中断服务例程(ISR)的函数指针,在 C/C++ 中直接写该函数的函数名即可。在触发时,该函数将会被调用。该函数必须没有任何的参数也没有任何的返回值。
  3. 第三个参数是中断触发条件,由几个可选的值:
    LOW 当中断所在 Pin 口处于低电平时触发
    CHANGE 当中断所在 Pin口电平改变时触发
    RISING 当中断所在Pin口从低电平变为高电平(上升沿)时触发
    FALLING 当中断所在Pin口从高电平变为低电平(下降沿)时触发
    对于 Due,Zero 和 MKR1000开发板,还有一个 HIGH 表示当中断所在 Pin 口处于高电平时触发

示例

int pin = 2; //define interrupt pin to 2
volatile int state = LOW; // To make sure variables shared between an ISR
//the main program are updated correctly,declare them as volatile.

void setup() {
   pinMode(13, OUTPUT); //set pin 13 as output
   attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), blink, CHANGE);
   //interrupt at pin 2 blink ISR when pin to change the value
} 
void loop() { 
   digitalWrite(13, state); //pin 13 equal the state value
} 

void blink() { 
   //ISR function
   state = !state; //toggle the state when the interrupt occurs
}

attachInterrupt语句语法

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin),ISR,mode);//recommended for arduino board
attachInterrupt(pin, ISR, mode) ; //recommended Arduino Due, Zero only
//argument pin: the pin number
//argument ISR: the ISR to call when the interrupt occurs; 
   //this function must take no parameters and return nothing. 
   //This function is sometimes referred to as an interrupt service routine.
//argument mode: defines when the interrupt should be triggered.

在 Arduino 中使用中断需要注意的问题

  1. 由于中断会打断正常代码的运行,因此 ISR 的应该尽可能快地执行完毕。
  2. 在 ISR 中修改的全局变量要用 volatile 修饰符修饰以防止编译器优化
  3. 在 ISR 中不能使用其他用中断实现的函数,如 millis() delay() 等。延时可以使用  delayMicroseconds(),它不是用中断实现的。





以上内容是否对您有帮助:
在线笔记
App下载
App下载

扫描二维码

下载编程狮App

公众号
微信公众号

编程狮公众号

意见反馈
返回顶部