Загрузите в плату Arduino следующий скетч:
// sketch 03_01_interrupts
int ledPin = 13;
void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT);
attachInterrupt(0, stuffHapenned, FALLING);
}
void loop()
{
}
void stuffHapenned()
{
digitalWrite(ledPin, HIGH);
}
Рис. 3.1. Электрическая схема для испытания прерываний
Помимо настройки контакта LED на работу в режиме цифрового выхода функция setup с помощью еще одной строки связывает функцию с прерыванием. Теперь в ответ на каждое прерывание автоматически будет вызываться эта функция. Рассмотрим эту строку внимательнее, потому что аргументы вызываемой здесь функции выглядят несколько необычно:
attachInterrupt(0, stuffHapenned, FALLING);
Первый аргумент — 0 — это номер прерывания. Было бы понятнее, если бы номер прерывания совпадал с номером контакта, но это не так. В Arduino Uno прерывание 0 связано с контактом D2, а прерывание 1 — с контактом D3. Ситуация становится еще более запутанной из-за того, что в других моделях Arduino эти прерывания связаны с другими контактами, а кроме того, в Arduino Due нужно указывать номер контакта. На плате Arduino Due с прерываниями связаны все контакты.
Я еще вернусь к этой проблеме, а пока перейдем ко второму аргументу. Этот аргумент — stuffHappened — представляет имя функции, которая должна вызываться для обработки прерывания. Данная функция определена далее в скетче. К таким функциям, их называют подпрограммами обработки прерываний (Interrupt Service Routine, ISR), предъявляются особые требования. Они не могут иметь параметров и ничего не должны возвращать. В этом есть определенный смысл: даже при том что они вызываются в разных местах в скетче, нет ни одной строки кода, осуществляющей прямой вызов ISR, поэтому нет никакой возможности передать им параметры или получить возвращаемое значение.
Последний параметр функции, attachInterrupt — это константа, в данном случае FALLING. Она означает, что подпрограмма обработки прерывания будет вызываться только при изменении напряжения на контакте D2 с уровня HIGH до уровня LOW (то есть при падении — falling), что происходит в момент нажатия кнопки.
Обратите внимание на отсутствие какого-либо кода в функции loop. В общем случае эта функция может содержать код, выполняющийся, пока не произошло прерывание. Сама подпрограмма обработки прерываний просто включает светодиод L.
Когда вы будете экспериментировать, после сброса Arduino светодиод L должен погаснуть. А после нажатия на кнопку — сразу зажечься и оставаться зажженным до следующего сброса.
Поэкспериментировав, попробуйте изменить последний аргумент в вызове attachInterrupt на RISING и выгрузите измененный скетч. После перезапуска Arduino светодиод должен оставаться погашенным, потому что напряжение на контакте хотя и имеет уровень HIGH, но с момента перезапуска оставалось на этом уровне. До этого момента напряжение на контакте не падало до уровня LOW, чтобы потом подняться (rising) до уровня HIGH.
После нажатия и удержания кнопки в нажатом состоянии светодиод должен оставаться погашенным, пока вы ее не отпустите. Отпускание кнопки вызовет прерывание, связанное с контактом D2, потому что, пока кнопка удерживалась нажатой, уровень напряжения на контакте был равен LOW, а после отпускания поднялся до HIGH.
Если во время опробования выяснится, что происходящее у вас не соответствует описанию, приведенному ранее, это, скорее всего, обусловлено эффектом дребезга контактов в кнопке. Этот эффект вызывается тем, что кнопка не обеспечивает четкий переход между состояниями «включено»/«выключено», вместо этого в момент нажатия происходит многократный переход между этими состояниями, пока не зафиксируется состояние «включено». Попробуйте нажимать кнопку энергичнее, это должно помочь получить четкий переход между состояниями без эффекта дребезга.
Другой способ опробовать этот вариант скетча — нажать кнопку и, удерживая ее, нажать и отпустить кнопку сброса Reset на плате Arduino. Затем, когда скетч запустится, отпустить кнопку на макетной плате, и светодиод L загорится.
Контакты с поддержкой прерываний
Вернемся теперь к проблеме именования прерываний. В табл. 3.1 перечислены наиболее распространенные модели плат Arduino и приведено соответствие номеров прерываний и контактов в них.
Таблица 3.1. Контакты с поддержкой прерываний в разных моделях Arduino
Модель
Номер прерывания
Примечания
0
1
2
3
4
5
Uno
D2
D3
—
—
—
—
Leonardo
D3
D2
D0
D1
D7
—
Действительно, по сравнению с Uno первые два прерывания назначены разным контактам
Mega2560
D2
D3
D21
D20
D19
D18
Due
—
—
—
—
—
—
Вместо номеров прерываний функции attachInterrupt следует передавать номера контактов
Смена контактов первых двух прерываний в Uno и Leonardo создает ловушку, в которую легко попасть. В модели Due вместо номеров прерываний функции attachInterrupt следует передавать номера контактов, что выглядит более логично.
Режимы прерываний
Режимы прерываний RISING (по положительному перепаду) и FALLING (по отрицательному перепаду), использовавшиеся в предыдущем примере, чаще всего используются на практике. Однако существует еще несколько режимов. Эти режимы перечислены и описаны в табл. 3.2.
Таблица 3.2. Режимы прерываний
Режим
Действие
Описание
LOW
Прерывание генерируется при уровне напряжения LOW
В этом режиме подпрограмма обработки прерываний будет вызываться постоянно, пока на контакте сохраняется низкий уровень напряжения
RISING
Прерывание генерируется при положительном перепаде напряжения, с уровня LOW до уровня HIGH
—
FALLING
Прерывание генерируется при отрицательном перепаде напряжения, с уровня HIGH до уровня LOW
—
HIGH
Прерывание генерируется при уровне напряжения HIGH
Этот режим поддерживается только в модели Arduino Due и, подобно режиму LOW, редко используется на практике
Включение внутреннего импеданса
В схеме в предыдущем примере использовалось внешнее «подтягивающее» сопротивление. Однако на практике сигналы, вызывающие прерывания, часто заводятся с цифровых выходов датчиков, и в этом случае нет необходимости использовать «подтягивающее» сопротивление.
Но если роль датчика играет кнопка, подключенная точно так же, как макетная плата на рис. 3.1, есть возможность избавиться от сопротивления, включив внутреннее «подтягивающее» сопротивление с номиналом около 40 кОм. Для этого нужно явно настроить режим INPUT_PULLUP для контакта, связанного с прерыванием, как показано в строке, выделенной жирным шрифтом:
void setup()
{
pinMode(ledPin, OUTPUT);
pinMode(2, INPUT_PULLUP);
attachInterrupt(0, stuffHapenned, FALLING);
}
Подпрограммы обработки прерываний
Иногда может показаться, что возможность обрабатывать прерывания, пока выполняется функция loop, дает простой способ обработки событий, таких как нажатия клавиш. Но в действительности накладываются очень жесткие ограничения на то, что можно или нельзя делать в подпрограммах обработки прерываний.