NodeMCU ESP8266 中断介绍以及使用详解

前言

今天，我们将学习中断和定时器的相关概念，并且基于NodeMCU ESP8266 12E开发板搭建硬件电路，通过使用中断和定时器实现我们想要实现的功能。

中断介绍

中断在嵌入式开发中是很常见的功能，特别是在单片机的开发中。通常GPIO引脚可以接收外部的信号，根据不同的信号类型，可以触发中断，进入中断服务函数。

那什么是中断？整个流程又是怎么样的？下面做个形象的类比。

• 上学两年半的学生正在看书；（程序执行主任务，arduino中可以认为在执行loop里的程序）；
• 电话忽然响起；（GPIO上有信号，触发了中断）
• 上学两年半的学习放下手里的书，跑去接电话；（响应中断，执行中断服务函数）

1 看书

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2 电话响起

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3 响应中断，去接电话

通过中断，我们不需要一直去检查当前的引脚状态，这种定时去检查引脚状态的机制一般叫做轮询；

相比较于中断，轮询的响应会慢很多，并且占用CPU资源；

当检测到变化时，就会触发一个事件——调用一个函数。该函数称为中断服务程序（ISR）；

当中断发生时，处理器停止主程序的执行以执行任务，然后回到主程序，如下图所示。

如何使用

AttachInterrupt() 函数

要在 Arduino IDE 中设置中断，我们可以使用attachInterrupt()函数，接受以下参数作为参数：GPIO 中断引脚、要执行的函数的名称和模式：

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

GPIO中断引脚

第一个参数是 GPIO 中断。你应该使用digitalPinToInterrupt(GPIO)函数 将实际 GPIO 设置为中断引脚。

例如，如果我们想使用 GPIO 14 作为中断，请使用：

digitalPinToInterrupt(14)

ESP8266 支持除 GPIO16 之外的任何 GPIO 中断。

中断服务函数 ISR

该的第二个函数参数是 attachInterrupt() 是每次触发中断时将调用的函数的名称——中断服务例程（ISR）。

ISR 函数应该尽可能简单，以便处理器快速返回主程序的执行。

最好的方法是通过使用全局变量并在loop()检查并清除该标志，然后执行代码。

ISR 需要具备ICACHE_RAM_ATTR在函数定义之前运行 RAM 中的中断代码。

中断触发类型

第三个参数是模式，有 3 种不同的模式：

• CHANGE：每当引脚改变值时触发中断 - 例如从高到低或从低到高；
• FALLING：当引脚从高电平变为低电平时；
• RISING：当引脚从低电平变为高电平时触发。

对于我们的示例，将使用 RISING 模式，因为当 PIR 运动传感器检测到运动时，它所连接的 GPIO 从低电平变为高电平。

硬件电路

这里我们需要搭建一个硬件实验电路，将运动传感器和 LED集成到面包板上。

我们将 LED 连接到通用输入输出口12（D6）和 运动传感器数据引脚通用输入输出口14（D5）。

具体如下所示；

示例代码

按照原理图连接电路后，将提供的代码复制到 Arduino IDE。

您可以按原样上传代码，也可以修改检测到运动后 LED 点亮的秒数。只需更改timeSeconds变量与我们想要的秒数。

#define timeSeconds 10

// Set GPIOs for LED and PIR Motion Sensor
const int led = 12;
const int motionSensor = 14;

// Timer: Auxiliary variables
unsigned long now = millis();
unsigned long lastTrigger = 0;
boolean startTimer = false;

// Checks if motion was detected, sets LED HIGH and starts a timer
ICACHE_RAM_ATTR void detectsMovement() {
  Serial.println("MOTION DETECTED!!!");
  digitalWrite(led, HIGH);
  startTimer = true;
  lastTrigger = millis();
}

void setup() {
  // Serial port for debugging purposes
  Serial.begin(115200);
  
  // PIR Motion Sensor mode INPUT_PULLUP
  pinMode(motionSensor, INPUT_PULLUP);
  // Set motionSensor pin as interrupt, assign interrupt function and set RISING mode
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(motionSensor), detectsMovement, RISING);

  // Set LED to LOW
  pinMode(led, OUTPUT);
  digitalWrite(led, LOW);
}

void loop() {
  // Current time
  now = millis();
  // Turn off the LED after the number of seconds defined in the timeSeconds variable
  if(startTimer && (now - lastTrigger > (timeSeconds*1000))) {
    Serial.println("Motion stopped...");
    digitalWrite(led, LOW);
    startTimer = false;
  }
}

结论

本文简单介绍了ESP8266的中断和相关概念，通过实现运动红外传感器的检测来实验中断的功能。