Arduino学习(七)中断

一、中断(Interrupt)的基本概念

中断（Interrupt）是计算机的一个重要概念，现代计算机普遍采用中断技术。

什么是中断呢？

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 。

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。

当中断发生时，程序执行流程图示如下：

计算机为什么要采用中断？
为了说明这个问题，再举一例子。假设你有一个朋友来拜访你，但是由于不知道何时到达，你只能在大门等待，于是什么事情也干不了。如果在门口装一个门铃，你就不必在门口等待而去干其它的工作，朋友来了按门铃通知你，你这时才中断你的工作去开门，这样就避免等待和浪费时间。计算机也是一样，例如键盘输入，如果不采用中断技术，CPU将不断扫描键盘有否输入，经常处于等待状态，效率极低。而采用了中断方式，CPU可以进行其它的工作，只键盘有按键并发出中断请求时，才予以响应，暂时中断当前工作转去执行读取键盘按键，读完成后又返回执行原来的程序。这样就大大地提高了计算机系统的效率。

中断的种类和优先级

先看一个PC上的中断（如下图，在我的电脑属性－设备管理器－查看－依连接顺序排列资源，再展开中断请求）

可见，中断0是系统时钟，中断1是键盘，中断4是COM1 ...

中断号越低的优先级越高。

所谓优先级，就是当两个或多个中断请求同时发生时，CPU先响应优先级最高的中断

Arduino Nano 使用ATMega328芯片，支持几种中断: RESET中断、外部中断、时钟中断

RESET中断，就是当RESET管脚接低电平，则中止当前程序，重启CPU

时钟中断，是指设定CPU内部定时器后，当到达指定时间，将产生中断请求。常用于定时。

外部中断，就是当CPU的外部中断管脚电平变动时，将产生中断请求。 常用于键盘输入、串口通信等。

有两个管脚（D2, D3脚）支持外部中断。使用中断前，需先设置CPU为中断Enable状态。

二、Arduino的定时器中断

使用定时器中断前，必须先安装MsTimer2库，并在程序中引用头文件 MsTimer2.h中。使用例程如下：

#include <MsTimer2.h>     //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(){  }

程序运行效果： 

每隔1000毫秒，产生一次时钟中断，并进入中断服务程序 onTimer(), 向串口打印一串文字。

在Arduino IDE中打开串口监视窗口，可见打印的文字

timer 0

timer 1

timer 2

...

如果编译过程出现错误“error: 'MsTimer2' has not been declared”，多半是因为MsTimers库未安装。

MsTimer2库的安装方法：

1， 新建一个目录名为 MsTimer2,  在 https://github.com/PaulStoffregen/MsTimer2 下载全部文件, 存入目录中。

2， 在Arduino IDE中，点菜单“Sketch -- Import Liberary -- Add Liberary”，选择MsTimer2目录后，点确定

三、Arduino的外部中断

我们把一个按键开关，接在数字管脚上，触发外部中断事件。

不是所有数字管脚都支持外部中断，对于Arduino NANO,  D2, D3两个脚支持外部中断。

1, 准备元器件和器材

     按键开关  一个

     面包板一块

     1K 电阻一个

      杜邦线若干

2 电路原理图

图中：  开关接在5V与GND之间，串接一个电阻R作为限流电阻。D2接到开关上。

当开关闭合， D2的电平为0V(低电平),  当中断有效时，将触发外部中断。

3，用面包板接线

把开关, 电阻插入面包板, 按上述电路原理图，用杜邦线接好线

4, 在Arduino IDE中写个Arduino程序

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。  for (int i = 0; i < 100; i++)  {    // 什么都不做，等待10毫秒    delay(10);   }}

运行效果： 在Arduino IDE中打开串口监视窗口，可见打印的文字

当按键按下，进入中断服务程序，打印  "Key Down"

当按键抬起，进入中断服务程序，打印  "Key Up"

上述程序如果在Arduino 1.0版本编译时，出现错误“NOT_AN_INTERRUPT' was not declared”，则在程序最开始处加一句

#define NOT_AN_INTERRUPT -1

附：attachInterrupt()函数的语法介绍
attachInterrupt( digitalPinToInterrupt(pin) , function, mode)

digitalPinToInterrupt(pin) ：取得引脚pin的中断号 
function：中断发生时调用的函数，此函数必须不带参数和不返回任何值。该函数称为中断服务程序。 
mode：定义何时发生中断以下四个contstants预定有效值：

LOW 当引脚为低电平时，触发中断
CHANGE 当引脚电平发生改变时，触发中断
RISING 当引脚由低电平变为高电平时，触发中断
FALLING 当引脚由高电平变为低电平时，触发中断.

一、中断(Interrupt)的基本概念

中断（Interrupt）是计算机的一个重要概念，现代计算机普遍采用中断技术。

什么是中断呢？

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 。

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。

当中断发生时，程序执行流程图示如下：

计算机为什么要采用中断？
为了说明这个问题，再举一例子。假设你有一个朋友来拜访你，但是由于不知道何时到达，你只能在大门等待，于是什么事情也干不了。如果在门口装一个门铃，你就不必在门口等待而去干其它的工作，朋友来了按门铃通知你，你这时才中断你的工作去开门，这样就避免等待和浪费时间。计算机也是一样，例如键盘输入，如果不采用中断技术，CPU将不断扫描键盘有否输入，经常处于等待状态，效率极低。而采用了中断方式，CPU可以进行其它的工作，只键盘有按键并发出中断请求时，才予以响应，暂时中断当前工作转去执行读取键盘按键，读完成后又返回执行原来的程序。这样就大大地提高了计算机系统的效率。

中断的种类和优先级

先看一个PC上的中断（如下图，在我的电脑属性－设备管理器－查看－依连接顺序排列资源，再展开中断请求）

可见，中断0是系统时钟，中断1是键盘，中断4是COM1 ...

中断号越低的优先级越高。

所谓优先级，就是当两个或多个中断请求同时发生时，CPU先响应优先级最高的中断

Arduino Nano 使用ATMega328芯片，支持几种中断: RESET中断、外部中断、时钟中断

RESET中断，就是当RESET管脚接低电平，则中止当前程序，重启CPU

时钟中断，是指设定CPU内部定时器后，当到达指定时间，将产生中断请求。常用于定时。

外部中断，就是当CPU的外部中断管脚电平变动时，将产生中断请求。 常用于键盘输入、串口通信等。

有两个管脚（D2, D3脚）支持外部中断。使用中断前，需先设置CPU为中断Enable状态。

二、Arduino的定时器中断

使用定时器中断前，必须先安装MsTimer2库，并在程序中引用头文件 MsTimer2.h中。使用例程如下：

#include <MsTimer2.h>     //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(){  }

程序运行效果： 

每隔1000毫秒，产生一次时钟中断，并进入中断服务程序 onTimer(), 向串口打印一串文字。

在Arduino IDE中打开串口监视窗口，可见打印的文字

timer 0

timer 1

timer 2

...

如果编译过程出现错误“error: 'MsTimer2' has not been declared”，多半是因为MsTimers库未安装。

MsTimer2库的安装方法：

1， 新建一个目录名为 MsTimer2,  在 https://github.com/PaulStoffregen/MsTimer2 下载全部文件, 存入目录中。

2， 在Arduino IDE中，点菜单“Sketch -- Import Liberary -- Add Liberary”，选择MsTimer2目录后，点确定

三、Arduino的外部中断

我们把一个按键开关，接在数字管脚上，触发外部中断事件。

不是所有数字管脚都支持外部中断，对于Arduino NANO,  D2, D3两个脚支持外部中断。

1, 准备元器件和器材

     按键开关  一个

     面包板一块

     1K 电阻一个

      杜邦线若干

2 电路原理图

图中：  开关接在5V与GND之间，串接一个电阻R作为限流电阻。D2接到开关上。

当开关闭合， D2的电平为0V(低电平),  当中断有效时，将触发外部中断。

3，用面包板接线

把开关, 电阻插入面包板, 按上述电路原理图，用杜邦线接好线

4, 在Arduino IDE中写个Arduino程序

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。  for (int i = 0; i < 100; i++)  {    // 什么都不做，等待10毫秒    delay(10);   }}

运行效果： 在Arduino IDE中打开串口监视窗口，可见打印的文字

当按键按下，进入中断服务程序，打印  "Key Down"

当按键抬起，进入中断服务程序，打印  "Key Up"

上述程序如果在Arduino 1.0版本编译时，出现错误“NOT_AN_INTERRUPT' was not declared”，则在程序最开始处加一句

#define NOT_AN_INTERRUPT -1

附：attachInterrupt()函数的语法介绍
attachInterrupt( digitalPinToInterrupt(pin) , function, mode)

digitalPinToInterrupt(pin) ：取得引脚pin的中断号 
function：中断发生时调用的函数，此函数必须不带参数和不返回任何值。该函数称为中断服务程序。 
mode：定义何时发生中断以下四个contstants预定有效值：

LOW 当引脚为低电平时，触发中断
CHANGE 当引脚电平发生改变时，触发中断
RISING 当引脚由低电平变为高电平时，触发中断
FALLING 当引脚由高电平变为低电平时，触发中断.