Arduino 函数与中断

在Arduino编程中，函数和中断是两个非常重要的概念。函数用于封装代码逻辑，使程序更模块化和易于维护；而中断则是一种特殊的机制，允许程序在特定事件发生时立即响应，而不需要持续轮询。本文将详细介绍Arduino中的函数与中断，并通过实际案例帮助你理解它们的应用。

什么是函数？

函数是Arduino程序中的基本构建块之一。它是一个独立的代码块，可以接收输入参数、执行特定任务并返回结果。通过使用函数，你可以将复杂的程序分解为更小、更易管理的部分。

函数的定义与调用

在Arduino中，函数的定义通常包括返回类型、函数名、参数列表和函数体。以下是一个简单的函数示例：

cpp
int add(int a, int b) {
  return a + b;
}

这个函数名为 add，接收两个整数参数 a 和 b，并返回它们的和。你可以在程序的其他地方调用这个函数：

cpp
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  int result = add(3, 5);
  Serial.println(result); // 输出：8
}

void loop() {
  // 主循环代码
}

提示

函数不仅可以返回基本数据类型（如 int、float），还可以返回更复杂的数据类型（如数组或结构体）。

什么是中断？

中断是一种硬件机制，允许微控制器在特定事件发生时立即暂停当前任务，转而执行一个特殊的函数（称为中断服务程序，ISR）。中断通常用于处理实时事件，例如按键按下、传感器数据到达或定时器溢出。

中断的类型

Arduino支持两种类型的中断：

外部中断：由外部引脚的电平变化触发。
定时器中断：由内部定时器触发。

使用外部中断

以下是一个使用外部中断的示例。假设你希望在一个按钮按下时立即点亮LED：

cpp
const int buttonPin = 2;  // 按钮连接到引脚2
const int ledPin = 13;    // LED连接到引脚13

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(buttonPin), buttonPressed, FALLING);
}

void loop() {
  // 主循环代码
}

void buttonPressed() {
  digitalWrite(ledPin, !digitalRead(ledPin)); // 切换LED状态
}

在这个示例中，attachInterrupt 函数用于将 buttonPressed 函数注册为中断服务程序。当按钮按下时（引脚2的电平从高变低），Arduino会立即调用 buttonPressed 函数。

警告

中断服务程序应尽可能简短，避免使用延迟函数（如 delay()）或复杂的计算，以免影响程序的实时性。

使用定时器中断

定时器中断可以用于周期性任务，例如每秒钟读取一次传感器数据。以下是一个简单的定时器中断示例：

cpp
#include <TimerOne.h>

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Timer1.initialize(1000000); // 设置定时器周期为1秒
  Timer1.attachInterrupt(timerISR); // 注册中断服务程序
}

void loop() {
  // 主循环代码
}

void timerISR() {
  Serial.println("1 second passed!"); // 每秒输出一次
}

在这个示例中，Timer1 库用于设置一个1秒的定时器，并在每次定时器溢出时调用 timerISR 函数。

实际应用案例

案例1：按键去抖

在按键操作中，机械开关可能会产生抖动，导致多次触发中断。通过结合函数和中断，可以实现按键去抖：

cpp
const int buttonPin = 2;
const int ledPin = 13;
volatile bool buttonState = false;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(buttonPin), buttonPressed, FALLING);
}

void loop() {
  if (buttonState) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    delay(500); // 点亮LED 0.5秒
    digitalWrite(ledPin, LOW);
    buttonState = false;
  }
}

void buttonPressed() {
  static unsigned long lastInterruptTime = 0;
  unsigned long interruptTime = millis();
  if (interruptTime - lastInterruptTime > 200) { // 去抖时间200ms
    buttonState = true;
  }
  lastInterruptTime = interruptTime;
}

案例2：实时数据采集

假设你需要实时采集传感器的数据，并在特定条件下触发警报：

cpp
const int sensorPin = A0;
const int alarmPin = 9;
volatile bool alarmTriggered = false;

void setup() {
  pinMode(alarmPin, OUTPUT);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(sensorPin), checkSensor, RISING);
}

void loop() {
  if (alarmTriggered) {
    tone(alarmPin, 1000); // 触发警报
    delay(1000);
    noTone(alarmPin);
    alarmTriggered = false;
  }
}

void checkSensor() {
  int sensorValue = analogRead(sensorPin);
  if (sensorValue > 500) {
    alarmTriggered = true;
  }
}

总结

函数和中断是Arduino编程中不可或缺的工具。函数使代码更模块化和可维护，而中断则提供了处理实时事件的能力。通过结合两者，你可以编写出高效、响应迅速的程序。

备注

如果你想进一步学习，可以参考以下资源：

Arduino官方文档
《Arduino编程从入门到精通》

尝试完成以下练习，巩固你的知识：

编写一个函数，计算两个数的平均值，并在串口监视器中输出结果。
使用中断实现一个简单的计数器，每次按下按钮时计数加1，并在LED上显示计数值（使用二进制编码）。

什么是函数？​

函数的定义与调用​

什么是中断？​

中断的类型​

使用外部中断​

使用定时器中断​

实际应用案例​

案例1：按键去抖​

案例2：实时数据采集​

总结​