基礎教程14 Arduino內部中斷和庫使用

08-23

來自專欄 Arduino 魔法書5 人贊了文章

我是潘，曾經是個工程師。這是為 http://Ardui.Co 製作的「Arduino 公開課」系列的入門教程。前面幾課講解了外部中斷，現在開始介紹內部中斷，往後還會深入 Arduino 的內核來分析內部中斷的機制，並做一些很酷的實驗。有任何疑問請在評論區提出，我會逐一回答。

如果我在寫稿，收到外界指令，比如電話聲響去接電話、聽到門鈴聲去開門，那叫做外部中斷。內部中斷呢？我在規定的時間點上，去做一些事情，不管此刻正在幹什麼。儘管我沒日沒夜地寫稿，但我每天肯定會在12點、18點兩個時間段去吃飯，吃完繼續寫，就像定了一個鬧鐘。

Arduino 已經內置了鬧鐘，它們叫做定時器，可以設定 Arduino 隔多長時間干一件其他事情。不過，中斷時間不能太長，否則會影響正常的工作。

其實，在第12課利用霍爾感測器測速的過程中，我們已經用到了定時器，只不過是通過程序調用millis() 的方式來實現，但程序中斷有一個問題：佔用CPU資源、效率不高、而且不準確（millis()會被外部中斷打斷）。而Arduino 內置的三個硬體定時器：timer0、timer1、timer2，不會佔用CPU資源、而且非常精確。

我們要感謝 Arduino 平台完善的開發環境，要調用硬體定時器並不困難，因為 Arduino 社區已經有不少庫函數供使用（否則，就要非常複雜的編程）。常用的有三個：TimerOne、MsTimer2、和 FlexiTimer2（打包下載），使用方法都很類似。先看看第一個演示程序：

/* 作者：Ardui.Co 效果：使用定時器讓板載LED每0.5s切換一下狀態版本：1.0 更新時間：2017年2月21日*/#include "TimerOne.h"void setup(){ pinMode(13, OUTPUT); Timer1.initialize(500000); // 初始化 Timer1 ，定時器每間隔 0.5s（500000us = 500ms = 0.5s）執行中斷函數一次 Timer1.pwm(9, 512); // 設置D9 PWM 占空比為50% Timer1.attachInterrupt(Flash); // 設定 callback 為 Timer 的中斷函數 }void Flash(){ digitalWrite(13, digitalRead(13) ^ 1);// 「^」異或符，如果為HIGH，輸出 LOW，反之亦然}void loop(){ //這傢伙很輕鬆，啥都不用做}

顧名思義 TimerOne 庫函數調用的是 Timer1 定時器。

注意 Arduino 的 PWM 輸出是依靠內置的3個 Timer 來控制的，所以 Timer1 會同時影響到 D9、D10 兩個埠的 analogWrite() 方法，但可以通過調用 Timer1.pwm(pin, duty, period) 來設定，duty 是占空比（解析度為10bits，取值0~1023），period 是可選參數，設定周期，如果不設定則為默認值，範圍為 1 ~ 8388480us，即最大可產生1MHz方波。

再看看 MsTimer2 ：

/* 作者：Ardui.Co 效果：使用定時器讓D13 LED 每0.5s 切換一下狀態版本：1.0 更新時間：2017年2月22日*/ #include <MsTimer2.h>void Flash() { digitalWrite(13, digitalRead(13) ^ 1);}void setup() { pinMode(13, OUTPUT); MsTimer2::set(500, Flash); // 定時器間隔 0.5s （500ms = 0.5s） MsTimer2::start();//開始計時}void loop() { //這傢伙很輕鬆，啥都不用做}

程序實在很簡單，但 TimerOne 和 MsTimer2 的區別非常大，前者調用的是Timer1 是 16bit 定時器，解析度可以達到1us，而後者調用Timer2 是8bit 定時器解析度只能達到1ms。而且 TimerOne 的函數方法要比 MsTimer2 豐富，更多用法可參考官方文檔。

MsTimer2 目前已經更新為 FlexiTimer2，用法完全是一樣的，但後者增加了「解析度「參數：

/* 作者：Ardui.Co 效果：使用定時器讓D13 LED 每0.5s 切換一下狀態版本：1.0 更新時間：2017年2月22日*/#include <FlexiTimer2.h>void Flash() { digitalWrite(13, digitalRead(13) ^ 1);}void setup() { pinMode(13, OUTPUT); FlexiTimer2::set(500, 1.0 / 1000, Flash); FlexiTimer2::start();}void loop() { //這傢伙很輕鬆，啥都不用做}

解析度是個 double 參數，如果將 1/1000 設置為 1/1280，即每秒會調用中斷函數Flash() 1280次，也可以理解為 1/1280 秒，那麼中斷周期就是 500 * 1/1280。

現在有了硬體定時器，霍爾感測器測速程序就可以不用 millis() 來計時，提高效率和精確度：

/* 作者：Ardui.Co 效果：霍爾感測器測試方法3 版本：1.0 更新時間：2017年2月22日*/#include <MsTimer2.h>const byte interruptPin = 3;float Val = 0; //設置變數Val，計數void setup( ) { Serial.begin(9600); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPin), count, FALLING);//觸發信號必須是變化的，上升或下降皆可 MsTimer2::set(1000, Print);//每秒列印一次 MsTimer2::start();}void loop( ) { //這傢伙很輕鬆，啥都不用做}void count() { Val += 1;}void Print() { Serial.println(Val * 60); Val = 0;}

其實，關於中斷我們只是入了門，介紹了最基礎的用法，但已經滿足現階段，應用層面的開發需求了。進階教程裡面，我們將繼續深入探討，各種問題，比如中斷的優先順序別、利用定時器產生更頻率的 PWM、中斷能做與不能做的事（先提醒一下：中斷程序內不能使用I2C、SPI、串口等通信協議）等一系列問題。