Arduino 中斷

中斷（interrupt）停止Arduino的當(dāng)前工作，以便可以完成一些其他工作。

假設(shè)你坐在家里和別人聊天。突然電話響了。你停止聊天，拿起電話與來(lái)電者通話。當(dāng)你完成電話交談后，你回去和電話響之前的那個(gè)人聊天。

同樣，你可以把主程序想象成是與某人聊天，電話鈴聲使你停止聊天。中斷服務(wù)程序是在電話上通話的過(guò)程。當(dāng)通話結(jié)束后，你回到你聊天的主程序。這個(gè)例子準(zhǔn)確地解釋了中斷如何使處理器執(zhí)行操作。

主程序在電路中運(yùn)行并執(zhí)行一些功能。但是，當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，主程序在另一個(gè)程序執(zhí)行時(shí)停止。當(dāng)這個(gè)程序結(jié)束時(shí)，處理器再次返回主程序。

重要特征

這里有一些關(guān)于中斷的重要特征：

• 中斷可以來(lái)自各種來(lái)源。在這種情況下，我們使用的是由數(shù)字引腳上的狀態(tài)改變觸發(fā)的硬件中斷。

• 大多數(shù)Arduino設(shè)計(jì)有兩個(gè)硬件中斷（稱(chēng)為“interrupt0”和“interrupt1”）分別硬連接到數(shù)字I/O引腳2和3。

• Arduino Mega有六個(gè)硬件中斷，包括引腳21，20，19和18上的附加中斷（“interrupt2”到“interrupt5”）。

• 你可以使用稱(chēng)為“中斷服務(wù)程序”（Interrupt Service Routine，通常稱(chēng)為ISR）的特殊函數(shù)來(lái)定義程序。

• 你可以定義該程序并指定上升沿，下降沿或兩者的條件。在這些特定條件下，將處理中斷。

• 每次在輸入引腳上發(fā)生事件時(shí)，都可以自動(dòng)執(zhí)行該函數(shù)。

中斷類(lèi)型

有兩種類(lèi)型的中斷：

• 硬件中斷 - 它們響應(yīng)外部事件而發(fā)生，例如外部中斷引腳變?yōu)楦唠娖交虻碗娖健?/span>

• 軟件中斷 - 它們響應(yīng)于在軟件中發(fā)送的指令而發(fā)生。“Arduino語(yǔ)言”支持的唯一類(lèi)型的中斷是attachInterrupt()函數(shù)。

在Arduino中使用中斷

中斷在 Arduino 程序中非常有用，因?yàn)樗兄诮鉀Q時(shí)序問(wèn)題。中斷的良好應(yīng)用是讀取旋轉(zhuǎn)編碼器或觀察用戶(hù)輸入。一般情況下，ISR 應(yīng)盡可能短且快。如果你的草圖使用多個(gè) ISR，則一次只能運(yùn)行一個(gè)。其他中斷將在當(dāng)前完成之后執(zhí)行，其順序取決于它們的優(yōu)先級(jí)。

通常，全局變量用于在 ISR 和主程序之間傳遞數(shù)據(jù)。為了確保在 ISR 和主程序之間共享的變量正確更新，請(qǐng)將它們聲明為 volatile。

Arduino 中主要有時(shí)鐘中斷和外部中斷，本文所說(shuō)的中斷指的是外部中斷。Arduino 中的外部中斷通常是由Pin 口（數(shù)字 Pin 口,不是模擬口）電平改變觸發(fā)的。每種型號(hào)的 Arduino 版都有數(shù)個(gè) Pin 口可以用來(lái)注冊(cè)中斷，具體如下:

注冊(cè)中斷主要是通過(guò)? attachInterrupt() ?函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，其原型為：

void attachInterrupt(uint8_t interruptNum, void (*userFunc)(void), int mode);

1. 第一個(gè)參數(shù)為中斷號(hào)，Arduino上每個(gè)可以注冊(cè)中斷的Pin口都會(huì)被分配一個(gè)中斷號(hào)，這里需要傳入的是中斷號(hào)而不是Pin口號(hào)。但是不同的Arduino開(kāi)發(fā)板上面的中斷號(hào)分配并不完全一樣。各個(gè)開(kāi)發(fā)板的Pin口號(hào)和中斷號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：
   

   開(kāi)發(fā)板	中斷號(hào)0	中斷號(hào)1	中斷號(hào)2	中斷號(hào)3	中斷號(hào)4	中斷號(hào)5
   Uno, Ethernet	PIN 2	PIN 3
   Mega2560	PIN 2	PIN 3	PIN 21	PIN 20	PIN 19	PIN 18
   基于32u4的開(kāi)發(fā)板 如 Leonardo, Micro	PIN 3	PIN 2	PIN 0	PIN 1	PIN 7

   從上表中可以看出同一個(gè) Pin 口在不同的開(kāi)發(fā)板上可能會(huì)有不同的中斷號(hào)，這勢(shì)必會(huì)影響程序的可移植性。幸運(yùn)的是，Arduino 還提供了另一個(gè)函數(shù) digitalPinToInterrupt(int)。從名字就能看出，這個(gè)函數(shù)能輸入 Pin 口號(hào)并輸出對(duì)應(yīng)的中斷號(hào)。需要注意的是，輸入的 Pin 口號(hào)需要在上述的支持列表當(dāng)中。所以，Arduino 官方推薦我們使用 

   attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), ISR, mode); 

   這種方式來(lái)注冊(cè)中斷號(hào)。
   
2. 第二個(gè)參數(shù)是中斷服務(wù)例程(ISR)的函數(shù)指針，在 C/C++ 中直接寫(xiě)該函數(shù)的函數(shù)名即可。在觸發(fā)時(shí)，該函數(shù)將會(huì)被調(diào)用。該函數(shù)必須沒(méi)有任何的參數(shù)也沒(méi)有任何的返回值。
3. 第三個(gè)參數(shù)是中斷觸發(fā)條件，由幾個(gè)可選的值：
   LOW 當(dāng)中斷所在 Pin 口處于低電平時(shí)觸發(fā)
   CHANGE 當(dāng)中斷所在 Pin口電平改變時(shí)觸發(fā)
   RISING 當(dāng)中斷所在Pin口從低電平變?yōu)楦唠娖?上升沿)時(shí)觸發(fā)
   FALLING 當(dāng)中斷所在Pin口從高電平變?yōu)榈碗娖?下降沿)時(shí)觸發(fā)
   對(duì)于 Due,Zero 和 MKR1000開(kāi)發(fā)板，還有一個(gè) HIGH 表示當(dāng)中斷所在 Pin 口處于高電平時(shí)觸發(fā)

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語(yǔ)句語(yǔ)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 中使用中斷需要注意的問(wèn)題

1. 由于中斷會(huì)打斷正常代碼的運(yùn)行，因此 ISR 的應(yīng)該盡可能快地執(zhí)行完畢。
2. 在 ISR 中修改的全局變量要用 volatile 修飾符修飾以防止編譯器優(yōu)化
3. 在 ISR 中不能使用其他用中斷實(shí)現(xiàn)的函數(shù)，如 millis() delay() 等。延時(shí)可以使用  delayMicroseconds()，它不是用中斷實(shí)現(xiàn)的。