Arduino przerywa samouczek

Przerwanie są potężną cechą mikrokontrolerów, które pozwalają asynchronicznie obsługiwać zdarzenia. W przeciwieństwie do ankiet, które stale sprawdzają zdarzenia, przerwania reagują natychmiast, gdy nastąpi określone zdarzenie, takie jak naciśnięcie przycisku lub przepełnienie czasu. Ten samouczek poprowadzi Cię przez zrozumienie i korzystanie z przerw z Arduino.

---

Czego będziesz potrzebować

1. Arduino UNO (lub kompatybilna płyta)
2. Przycisk
3. Rezystor 10K-OHM (do konfiguracji rozciągnięcia)
4. LED i rezystor 220-OHM (opcjonalnie)
5. Druty chleba i skoczków
6. Arduino IDE zainstalowane na komputerze

---

Krok 1: Co to są przerwania?

Przerwanie tymczasowo zatrzymuje wykonanie głównego programu w celu obsługi określonego zdarzenia. Po przetworzeniu zdarzenia program wznawia tam, gdzie się skończył. Przerwania są zarządzane przy użyciu specjalnych funkcji o nazwie Procedury usług przerwania (ISR).

Rodzaje przerwań w Arduino

1. Zewnętrzne przerwania: Wyzwalane przez zdarzenia na określonych pinach (np. Pin 2 lub 3 na Arduino Uno).
2. Zmiana pinów przerwa: Wyzwalane przez zmianę dowolnego cyfrowego szpilki.
3. Timer przerywa: Wywołane przez przelewanie czasu lub porównaj dopasowania.

---

Krok 2: Korzystanie z zewnętrznych przerwań

Arduino UNO obsługuje zewnętrzne przerwy na pinach 2 i 3. Możesz skonfigurować te przerwania, aby uruchomić:

• ROSNĄCY: Sygnał przechodzi od niskiego do wysokiego.
• SPADAJĄCY: Sygnał przechodzi od wysokiego do niskiego.
• ZMIANA: Zmiany sygnału stanu (niskie do wysokiego lub wysokiego do niskiego).
• NISKI: Sygnał pozostaje niski.

Przykładowy kod: Wykrywanie przycisku Naciśnij

Ten przykład przełącza diodę LED, gdy przycisk podłączony do pin 2 jest naciśnięty.

#define buttonPin 2 // Interrupt pin
#define ledPin 13   // Built-in LED

volatile bool ledState = false; // Shared variable between ISR and main code

void handleInterrupt() {
  ledState = !ledState; // Toggle LED state
  digitalWrite(ledPin, ledState);
}

void setup() {
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP); // Enable internal pull-up resistor
  pinMode(ledPin, OUTPUT);

  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(buttonPin), handleInterrupt, FALLING); // Trigger on button press
}

void loop() {
  // Main loop does nothing; interrupt handles the LED
}

Wyjaśnienie

• attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), ISR, mode): Konfiguruje przerwanie.
  • pin: Pin przerywający (np. Pin 2 lub 3 na Arduino Uno).
  • ISR: Procedura usługi przerwania do wykonania.
  • mode: Warunek wyzwalający (RISING, FALLING, CHANGE, Lub LOW).
• digitalPinToInterrupt(pin): Konwertuje numer PIN na numer przerwania.

---

Krok 3: Za pomocą zmiany pinu przerwa

Przerwanie zmiany pinu pozwalają wykrywać zmiany dowolnego cyfrowego pinu. Wymaga to dodatkowych bibliotek, takich jak WłączIntrut.

Przykładowy kod: Zmiana pinu przerwanie

#include <EnableInterrupt.h>
#define pin 4 // Pin to monitor

void handlePinChange() {
  Serial.println("Pin state changed!");
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  enableInterrupt(pin, handlePinChange, CHANGE); // Trigger on any state change
}

void loop() {
  // Main loop does nothing; interrupt handles the event
}

Instalacja biblioteki

Aby użyć przerwania zmiany pinu, zainstaluj WłączIntrut Biblioteka za pośrednictwem menedżera biblioteki Arduino.

---

Krok 4: Timer przerywa

Przerwanie timera są przydatne do planowania zadań w precyzyjnych odstępach czasu. Patrz Samouczek Timer Arduino Szczegółowe informacje na temat konfigurowania przerwań timera.

Przykład: miga diody LED z przerwaniem Timer1

#define ledPin 13

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);

  // Configure Timer1
  noInterrupts(); // Disable interrupts during setup
  TCCR1A = 0;
  TCCR1B = 0;
  TCNT1 = 0;

  OCR1A = 15624; // Compare match value for 1Hz (1-second interval)
  TCCR1B |= (1 << WGM12); // CTC mode
  TCCR1B |= (1 << CS12) | (1 << CS10); // 1024 prescaler
  TIMSK1 |= (1 << OCIE1A); // Enable Timer1 compare interrupt

  interrupts(); // Enable interrupts
}

ISR(TIMER1_COMPA_vect) {
  digitalWrite(ledPin, !digitalRead(ledPin)); // Toggle LED
}

void loop() {
  // Main loop does nothing; Timer1 handles the LED
}

---

Krok 5: Najlepsze praktyki stosowania przerwań

1. Skróć ISR: Unikaj opóźnień lub złożonych obliczeń w ISR, aby zapewnić szybką reakcję.
2. Unikaj seryjnej komunikacji w ISR: Funkcje szeregowe mogą nie działać niezawodnie w ISR.
3. Używać volatile dla wspólnych zmiennych: Zmienne Mark udostępnione między ISR i programem głównym jako volatile Aby zapobiec problemom optymalizacji kompilatora.
4. Wejścia debuncia: Obsługuj logikę debuncji w oprogramowaniu lub sprzętu dla hałaśliwych sygnałów, takich jak przyciski przycisków.
5. Wyłącz przerwy podczas krytycznych sekcji: Używać noInterrupts() I interrupts() w celu ochrony krytycznych sekcji kodów.

---

Zastosowania przerwań

1. Przycisk obchodzenia się naciska bez głosowania
2. Czytanie enkoderów obrotowych
3. Zdarzenia krytyczne (np. Precyzyjne sterowanie silnikiem)
4. Planowanie zadań okresowych
5. Reakcja na sygnały zewnętrzne (np. Czujniki, zdarzenia komunikacyjne)

---

Rozwiązywanie problemów

• Przerwanie nie wyzwala się: Upewnij się, że skonfigurowane są prawidłowe pin i tryb.
• Niestabilne zachowanie: Dezakuj hałaśliwe sygnały i unikaj długich ISR.
• Konflikty z bibliotekami: Niektóre biblioteki używają przerwań wewnętrznie (np. Servo, PWM). Nie upewnij się, że nie ma konfliktu z kodem.

---

Wniosek

Przerwanie umożliwiają responsywne i skuteczne obsługę wydarzeń w projektach Arduino. Ucząc się korzystać z zewnętrznych, zmiany pinów i przerwań zegarowych, możesz tworzyć solidne i precyzyjne aplikacje. Eksperymentuj z różnymi rodzajami przerwań, aby ulepszyć swoje projekty i zoptymalizować wydajność!