Arduino-1-Arduino中的中断及其编程应用举例

一、中断

什么是中断

• CPU执行时原本是按程序指令一条一条向下顺序执行的。 但如果此时发生了某一事件B请求CPU迅速去处理（中断发生），CPU暂时中断当前的工作，转去处理事件B（中断响应和中断服务). 待CPU将事件B处理完毕后， 再回到原来被中断的地方继续执行程序（中断返回），这一过程称为中断 。

  
  
  中断
• 打个比方：假如你正在读书，这时电话响了。你放下手中的书，去接电话。接完电话后，再继续回来读书，并从原来读的地方继续往下读。

UNO中断

内部中断

• 内部中断主要为定时中断，定时中断是指主程序在运行一段程序过后自动进行的中断服务程序。

外部中断

• 一般由外设发出中断请求，如：键盘中断、打印机中断、外部中断需外部中断源发出中断请求才能发中断。

二、与51单片机比较

中断类型

中断类型

中断函数

中断函数

中断撤除

中断撤除

三、外部中断

中断号

-中断号越低，优先级越高

外部中断

attachInterrupt函数

attachInterrupt(interrupt,function,mode)

• interrupt：中断号，UNO只用0,1，即代表D2，D3口
• function：调用中断函数，中断发生时调用的函数
• mode：中断触发模式
  注：该函数放在 void setup() 中

分类	中断模式	解释
电平触发	LOW	低电平触发
	HIGH	高电平触发(该中断模式仅适用于Arduino due)
边沿触发	RISING	上升沿触发
	FALLING	下降沿触发
	CHANGE	电平变化，高电平变低电平、低电平变高电平

注意事项

• 当中断发生时，delay()函数和millis()的数值将不会继续发生变化。当中断发生时，串口收到的数据可能会丢失，你需要声明一个变量来在未发生中断时存储变量。
• 如果在程序中途，你不需要使用外部中断了，可以用中断分离函数来取消这一中断设置。
  detachInterrupt(interrupt);

开关中断

• 中断允许在后台运行一些重要任务，默认使能中断。禁止中断时部分函数无法工作，通信中接收到的消息也可能会丢失。
  noInterrupts() 禁止中断
  interrupts() 重新启用中断

代码展示

void setup(){
}
void loop()
{
noInterrupts(); 
//重要、时间敏感的代码
interrups();
//其他代码写在这里
}

实验一——外部中断

实验器材

• Uno开发板
• 配套USB数据线
• 面包板
• 杜邦线
• 1个LED灯
• 1个470Ω限流电阻
• 1个震动传感器

实验实现

通过震动传感器连接数字引脚2（中断0），LED灯不亮，当震动产生时，触发中断，LED灯变亮，循环loop一次之后，退出中断，LED灯不亮。

震动传感器

1、弹簧开关

弹簧开关，其内部由一根中心金属导电脚和环绕在其外部的弹簧导电脚组成。弹簧震动时会接触到中心导电脚，形成短路闭合状态。

弹簧开关

2、滚珠开关

滚珠开关，其内部包含有一颗金属滚珠，当震动时滚珠滚动短路两个导电脚，形成短路闭合状态。

滚珠开关

实验连线图

代码实现

int SensorLED = 9;       //定义LED为数字引脚9
int SensorINPUT = 2;      //连接震动开关到中断0，也就是数字引脚2
volatile int state = LOW;

void setup()
 {
  pinMode(SensorLED, OUTPUT);         //LED为输出模式
  pinMode(SensorINPUT, INPUT_PULLUP);      //震动开关为输入模式
  //下降沿触发，触发中断0，调用blink函数
attachInterrupt(0, blink, FALLING);
}
void loop() {
  if (state == HIGH) {        // 如果state为HIGH
    state = LOW;
    digitalWrite(SensorLED, HIGH);  // 亮灯
    delay(500);          //延时500ms
  }
  else {
    digitalWrite(SensorLED, LOW);    // 否则，关灯
  }
}
void blink() {               //中断函数blink()
  state = !state;             //一旦中断触发，state状态反转
}

实验结果

VID20181019181848.gif

实验二——按键实现外部中断

实验器材

• 按键开关 一个
• 面包板一块
• 470Ω 电阻一个
• 杜邦线若干

实验实现

按键按下，串口显示器显示“KEY DOWM”
按键松开，串口显示器显示“KEY UP”

实验连线图

代码实现

int pinInterrupt = 2; //接中断信号的脚  
void onChange()  
{  
   if ( digitalRead(pinInterrupt) == LOW )  
      Serial.println("Key Down");  
   else  
      Serial.println("Key UP");  
}  
void setup()  
{  
   Serial.begin(9600);  //打开串口  
   pinMode( pinInterrupt, INPUT);  //设置管脚为输入  
   //Enable中断管脚, 中断服务程序为onChange(), 监视引脚变化  
   attachInterrupt( digitalPinToInterrupt(pinInterrupt), onChange, CHANGE);  
}  
void loop()  
{  
  // 模拟长时间运行的进程或复杂的任务。  
  delay(1000);
}  

实验结果

四、定时中断

设定定时中断间隔函数

void set(unsigned long ms, void (*f)())

这个函数设置定时中断的时间间隔和调用的中断服务程序。
ms：示的是定时时间的间隔长度，单位是ms
void(*f)()：被调用中断服务程序，只写函数名字就可以了

开启定时中断

• void start()

关闭定时中断

• void stop()

添加库函数：MsTimer2.h

1

2

实验三——定时中断控制LED灯

代码实验

//定时器库的 头文件
#include 
//中断处理函数，改变灯的状态
void flash()
{                       
   static boolean output = HIGH;
   digitalWrite(13,output);
   output = !output;
}
void setup()
{
   pinMode(13, OUTPUT); 
   // 中断设置函数，每 1000ms 进入一次中断
   MsTimer2::set(1000, flash);
   //开始计时
   MsTimer2::start(); 
}
   
void loop(){} 

实验结果

VID20181019224624.gif

实验四——定时中断控制计数

代码实验

#include      //定时器库的头文件
int tick = 0; //计数值
//中断服务程序
void onTimer()
{
  Serial.print("timer ");
  Serial.println(tick++);
}
 
void setup()
{
  Serial.begin(9600); //初始化串口
  MsTimer2::set(1000, onTimer); //设置中断，每1000ms进入一次中断服务程序 onTimer()
  MsTimer2::start(); //开始计时
}
 
void loop(){}

实验结果

五、实验感想

1、Arduino的部分功能与51单片机类似，但是其代码要比51单片机更加简洁，在引入Arduino的新知识的时候，先与51单片机的相关知识进行比较，可帮助学生更好的达到学习迁移的目的，而不是在学习完Arduino知识之后再将两者进行比较。
2、在进行对比的时候，可将知识与知识进行对应，从而帮助学生更好的理解知识，这也是我们在讲课的时候应当注意的部分。比如，51单片机的中断分为外部中断和内部中断（定时/计数器中断），Arduino的中断也分为两种，外部中断和定时中断，在这里，定时中断即为内部中断，所以把Arduino的中断分成外部中断和内部中断，这样学生就能与51单片机的知识相对应。再比如，51单片机外部中断分为低电平触发与下降沿触发，Arduino的五个中断模式LOW（低电平）、CHANGE（电平变换）、RISING（上升沿）、FALLING（下降沿）、HIGH（高电平），这样分类的话，LOW、HIGH就可归为电平触发，CHANGE、RISING、FALLING就可归为边沿触发。
3、所选的实验要符合本节课所学习的知识。比如这节课我们学习Arduino的中断，知道Arduino的两种中断方式，就可根据外部中断与内部中断进行例子讲解与练习，在讲解例子的时候，首先要告诉学生这个实验的原理是什么，其次是电路图连线与代码部分。在代码方面，代码要整体读，并且对代码的每个部分都要弄清楚，比如中断函数的调用、在setup里的声明、定义的一些变量、loop里面要做什么之类的。内部定时中断要调用函数库，函数库如何加载也是要弄清楚的。
4、可对某些知识进行额外拓展，比如MsTimer2::set(1000, flash);两个冒号是面向对象的语言。
5、注意知识的回顾，比如static静态变量的使用方法。

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