跳到主要内容

Arduino 中断

介绍​

在Arduino编程中，中断是一种强大的机制，允许微控制器在执行主程序的同时，对外部事件做出快速响应。中断可以暂停当前正在执行的代码，转而执行一个特殊的函数（称为中断服务程序，ISR），然后再返回到原来的代码继续执行。

中断通常用于处理时间敏感的任务，例如读取传感器数据、检测按钮按下或处理外部信号。通过使用中断，Arduino可以更高效地处理这些事件，而不需要不断地轮询输入状态。

中断的基本概念​

什么是中断？​

中断是一种硬件或软件触发的信号，用于通知微控制器某个事件已经发生。当中断发生时，微控制器会暂停当前的任务，保存当前状态，并跳转到预先定义的中断服务程序（ISR）中执行。执行完ISR后，微控制器会恢复之前的状态，并继续执行主程序。

中断的类型​

Arduino支持两种类型的中断：

  1. 硬件中断：由外部硬件信号触发，例如按钮按下或传感器信号变化。
  2. 软件中断：由程序内部触发，例如定时器溢出或特定条件满足。

中断的优点​

  • 实时响应：中断可以立即响应外部事件，而不需要等待主程序轮询。
  • 高效性：通过中断处理事件，可以减少CPU的轮询开销。
  • 简化代码：中断可以将事件处理逻辑与主程序分离，使代码更清晰。

Arduino 中断的使用​

中断引脚​

Arduino的不同型号支持不同数量的中断引脚。例如，Arduino Uno有两个外部中断引脚：D2和D3。这些引脚可以配置为在信号上升沿、下降沿或电平变化时触发中断。

配置中断​

在Arduino中，使用attachInterrupt()函数来配置中断。该函数的语法如下：

cpp
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), ISR, mode);
  • pin：中断引脚号。
  • ISR：中断服务程序的函数名。
  • mode：中断触发模式，可以是以下值之一：
    • LOW：低电平时触发。
    • CHANGE：电平变化时触发。
    • RISING：上升沿触发。
    • FALLING：下降沿触发。

示例：按钮中断​

以下是一个简单的示例，展示如何使用中断检测按钮按下：

cpp
const int buttonPin = 2;  // 按钮连接到D2引脚
volatile bool buttonPressed = false;  // 用于存储按钮状态的变量

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(buttonPin), buttonISR, FALLING);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (buttonPressed) {
    Serial.println("Button pressed!");
    buttonPressed = false;  // 重置按钮状态
  }
}

void buttonISR() {
  buttonPressed = true;  // 在中断中设置按钮状态
}

在这个示例中，当按钮按下时，buttonISR()函数会被调用，并将buttonPressed变量设置为true。主程序在loop()中检测到这个变化，并打印一条消息。

备注

注意：在中断服务程序（ISR）中，应尽量避免使用delay()或执行耗时操作，因为这会影响主程序的执行。

实际应用场景​

案例1：旋转编码器​

旋转编码器是一种常见的输入设备，用于检测旋转方向和速度。通过使用中断，可以实时检测编码器的信号变化，并计算旋转方向和步数。

cpp
const int pinA = 2;  // 编码器A相连接到D2
const int pinB = 3;  // 编码器B相连接到D3
volatile int encoderPos = 0;  // 编码器位置

void setup() {
  pinMode(pinA, INPUT);
  pinMode(pinB, INPUT);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pinA), encoderISR, CHANGE);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  Serial.println(encoderPos);  // 打印编码器位置
}

void encoderISR() {
  int stateA = digitalRead(pinA);
  int stateB = digitalRead(pinB);
  if (stateA == stateB) {
    encoderPos++;  // 顺时针旋转
  } else {
    encoderPos--;  // 逆时针旋转
  }
}

案例2：超声波传感器​

超声波传感器通常用于测量距离。通过使用中断，可以在接收到回波信号时立即计算距离，而不需要等待主程序轮询。

cpp
const int trigPin = 9;  // 超声波传感器触发引脚
const int echoPin = 2;  // 超声波传感器回波引脚
volatile long duration = 0;  // 存储回波时间
volatile bool echoReceived = false;  // 回波接收标志

void setup() {
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(echoPin), echoISR, CHANGE);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (echoReceived) {
    long distance = duration * 0.034 / 2;  // 计算距离
    Serial.print("Distance: ");
    Serial.println(distance);
    echoReceived = false;  // 重置标志
  }
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
}

void echoISR() {
  static unsigned long startTime = 0;
  if (digitalRead(echoPin) == HIGH) {
    startTime = micros();  // 记录回波开始时间
  } else {
    duration = micros() - startTime;  // 计算回波持续时间
    echoReceived = true;  // 设置回波接收标志
  }
}

总结​

中断是Arduino编程中一个强大的工具，可以帮助你实时响应外部事件，提高程序的效率和响应速度。通过合理使用中断，你可以简化代码结构，并处理时间敏感的任务。

提示

提示：在使用中断时，务必注意中断服务程序的执行时间，避免影响主程序的正常运行。

附加资源与练习​

  1. 练习1：修改按钮中断示例，使其在按钮按下时点亮LED灯。
  2. 练习2：使用中断实现一个简单的计数器，每按一次按钮，计数器加1，并在串口监视器中显示计数值。
  3. 参考资源：

通过以上内容，你应该对Arduino中断有了初步的了解。继续实践和探索，你将能够更好地掌握这一强大的功能！