AVR开发 Arduino方法 中断子系统

Posted 2020-10-01

　　在了解ATMega328P的中断子系统之前，首先要了解中断的概念。你正在看书，这时电话响了，你会怎么做呢？相信大多数人会这样：先标记看到的位置，接完电话回来后继续阅读。这就是一个现实生活中中断的例子，我们把“电话响了”成为中断源。ATMega328P拥有26个中断源，如下表所示：

向量号	程序地址	中断源	中断定义	中断服务程序名称
1	0x0000	RESET	外部电平复位，上电复位，掉电检测复位，看门狗复位
2	0x0002	INT0	外部中断请求0	INT0_vect
3	0x0004	INT1	外部中断请求1	INT1_vect
4	0x0006	PCINT0	引脚电平变化中断请求0	PCINT0_vect
5	0x0008	PCINT1	引脚电平变化中断请求1	PCINT1_vect
6	0x000A	PCINT2	引脚电平变化中断请求2	PCINT2_vect
7	0x000C	WDT	看门狗溢出中断	WDT_vect
8	0x000E	TIMER2 COMPA	定时/计数器2比较匹配A	TIMER2_COMPA_vect
9	0x0010	TIMER2 COMPB	定时/计数器2比较匹配B	TIMER2_COMPB_vect
10	0x0012	TIMER2 OVF	定时/计数器2溢出	TIMER2_OVF_vect
11	0x0014	TIMER1 CAPT	定时/计数器1事件捕捉	TIMER1_CAPT_vect
12	0x0016	TIMER1 COMPA	定时/计数器1比较匹配A	TIMER1_COMPA_vect
13	0x0018	TIMER1 COMPB	定时/计数器1比较匹配B	TIMER1_COMPB_vect
14	0x001A	TIMER1 OVF	定时/计数器1溢出	TIMER1_OVF_vect
15	0x001C	TIMER0 COMPA	定时/计数器0比较匹配A	TIMER0_COMPA_vect
16	0x001E	TIMER0 COMPB	定时/计数器0比较匹配B	TIMER0_COMPB_vect
17	0x0020	TIMER0 OVF	定时/计数器0溢出	TIMER0_OVF_vect
18	0x0022	SPI STC	SPI串行传输结束	SPI_STC_vect
19	0x0024	USART RX	USART接收结束	USART_RX_vect
20	0x0026	USART UDRE	USART数据寄存器空	USART_UDRE_vect
21	0x0028	USART TX	USART，发送结束	USART_TX_vect
22	0x002A	ADC	模数转换结束	ADC_vect
23	0x002C	EE READY	EEPROM准备好	EE_READY_vect
24	0x002E	ANALOG COMP	模拟比较器	ANALOG_COMP_vect
25	0x0030	TWI	两线串行接口	TWI_vect
26	0x0032	SPM READY	保存程序存储器内容就绪	SPM_ready_vect

　　这里以外部中断0为例了解对中断子系统的编程，沿用上一章中用于数字输入示例的电路：

 1 const byte ledPin = 13;
 2 const byte interruptPin = 2;
 3 volatile byte state = LOW;
 4 
 5 void setup() {
 6   pinMode(ledPin, OUTPUT);
 7   pinMode(interruptPin, INPUT_PULLUP);
 8   attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPin), blink, CHANGE);
 9 }
10 
11 void loop() {
12   digitalWrite(ledPin, state);
13 }
14 
15 void blink() {
16   state = !state;
17 }

　　与外部中断相关的Arduino库函数有：

　　attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), ISR, mode)：启用指定引脚的外部中断并连接到指定中断服务程序
　　pin：指定外部中断的引脚
　　ISR：指定中断服务程序的名称
　　mode：LOW（低电平触发中断），CHANG（逻辑电平变化触发中断），RISING（上升沿触发中断）或FALLING（下降沿触发中断）
　　detachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin))：禁用指定中断
　　pin：指定取消外部中断的引脚
　　interrupts()：开启总中断
　　noInterrupts()：禁用总中断

　　ATMega328P的外部中断由3个寄存器控制，外部中断控制寄存器EICRA用于设置外部中断的触发方式，ISCx[1:0]（x = 0, 1）设置为00时，由低电平触发中断；设置为01时，由逻辑电平变化触发中断；设置为10时，为下降沿触发中断；设置为11时，为上升沿触发中断。EICRA寄存器的结构如下图所示：

			INT1		INT0
			ISC11	ISC10	ISC01	ISC00

　　外部中断屏蔽寄存器EIMSK用于设置是否屏蔽外部中断，若向其中某位写入1，则该位控制的外部中断启用；写入0则禁用。EIMSK寄存器的结构如下图所示：

INT1

INT0

　　外部中断标志寄存器EIFR在外部中断被触发时，相应的标志位被置1。该寄存器由CPU自动清0，不需要手动配置。
　　通过直接访问寄存器改写以上程序为：

 1 volatile byte state = LOW;
 2 
 3 void setup() {
 4   DDRB |= (1 << PB5);
 5   
 6   DDRD &= ~(1 << PD2);
 7   PORTD |= (1 << PD2);
 8   EICRA &= ~(1 << ISC01) & ~(1 << ISC00);
 9   EIMSK |= (1 << INT0);
10   sei(); // 启用总中断
11 }
12 
13 void loop() {
14   if (state == HIGH) {
15     PORTB |= (1 << PB5);
16   } else {
17     PORTB &= ~(1 << PB5);
18   }
19 }
20 
21 // 外部中断0中断处理函数
22 ISR(INT0_vect) {
23   state = !state;
24 }

*中断源表摘自《Arduino高级开发权威指南（原书第2版）》，[美]Steven F. Barrett著 潘鑫磊译，机械工业出版社，2014年出版。