Arduino基础入门篇13—外部中断

本篇介绍Arduino外部中断的使用，通过外部中断检测震动开关的触发来控制LED灯亮灭。

1. 中断介绍

我们已经知道，Arduino程序是在loop()中不断的循环的。在程序的运行中，我们时常需要监控一些事件的发生，比如对某一传感器的返回数据进行解析。使用轮询的方式检测，效率比较低，而且随着程序功能增加，轮询到指定功能时需要等待的时间变长。而使用中断方式检测，可以到达实时检测的效果。

中断程序可以看作是一段独立于主程序之外的程序，当中断触发时，控制器会暂停当前正在运行的主程序，而跳转去运行中断程序，中断程序运行完后，会再回到之前主程序暂停的位置，继续运行主程序。如此便可做到实时响应处理事件的效果。

2. 实验材料

• Uno R3开发板
• 配套USB数据线
• 面包板及配套连接线
• 1个LED灯
• 1个220Ω限流电阻
• 1个震动开关

震动开关，即震动传感器，根据其结构的不同又分为弹簧开关和滚珠开关。

• 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；

• 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。

震动开关

3. 实验步骤

1. 根据原理图搭建电路。

直插式LED灯负极接开发板GND，正极接220Ω限流电阻，电阻另一端接开发板数字9引脚。震动开关一端接开发板GND，另一端接数字引脚2。

实验原理图如下图所示：

实验原理图

实物连接图如下图所示：

实物连接图

2. 新建sketch，拷贝如下代码替换自动生成的代码并进行保存。

/*
   ShakeSwitch
   中断检测振动传感器，控制LED灯亮灭
*/
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
char 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
}

3. 连接开发板，设置好对应端口号和开发板类型，进行程序下载。

程序下载

4. 实验现象

触发震动后，LED灯点亮一段时间后熄灭。再次触发震动再次点亮。

实验现象

5. 函数介绍

attachInterrupt()

• 描述：外部中断配置函数。
• 函数原型：attachInterrupt(interrupt, ISR, mode)
• 参数：
  • interrupt: 中断号。不同Arduino开发板中断号不同。Uno R3有两个外部中断，分别为数字管脚2(中断0)和数字管脚3(中断1)。
  • ISR: 中断处理函数。此函数不带参数，没有返回值。
  • mode: 中断触发方式。
    • LOW: 低电平触发。
    • CHANGE:管脚状态改变触发。
    • RISING:上升沿触发。
    • FALLING:下降沿触发。
• 返回值：无。

6. 实验分析

通过attachInterrupt()函数注册数字管脚2为外部中断，触发方式为下降沿触发。中断处理函数blink()中每触发一次翻转一次state的状态。loop()函数中通过state状态来控制LED灯亮灭。

中断是非常实用的功能，它释放了CPU资源来做更多的事情。很多处理器、控制器都有中断功能，更高级的还包括中断优先级「多个中断同时触发时处理先后问题」和中断嵌套「中断中的中断」。