Arduino UNO R3自学笔记17 之 Arduino为啥要用中断？

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前言：学习Arduino中断的概念及其功能。

1.什么是中断？

单片机在执行程序时，发生一些其它紧急的事情，单片机将立即暂停当前程序，赶去处理中断程序，处理完中断程序后再返回刚才暂停处接着执行原来的程序。这个过程称之为中断。

举个通俗易懂的例子：当你在看电视的时候，突然电话响了，你去接电话。接完电话回来继续看电视，这就是一个中断过程。我们以此为例分析一下：

主进程：看电视；

中断触发源：电话响了；

中断服务子程序：接电话；

通过上述例子我们了解了一些术语，以及中断这个过程。

思考一个问题，当在上述接电话的时候厨房的燃气报警器突然报警，是不是我们会立即挂掉电话去处理燃气的报警问题，在这个过程中出现了，在中断中又发生了中断，我们称之为中断嵌套，燃气报警器突然报警这个事件的后果很严重，因此我们挂了电话去执行检查开窗通风等操作，在这个过程中，我们认识到这个燃气报警器突然报警这个事件更加需要紧急处理，电话事件次之，看电视事件紧急程度最低，这种紧急处理的排序就称之为中断优先级。

2.为什么要用中断？

中断系统的主要目的：

●提高系统效率。

●维持系统可靠正常工作。

●满足实时处理要求。

●提供故障现场处理手段。

为什么要用中断？为此我们继续做一个程序案例进行分析。

3.实验硬件及代码测试

硬件连接图：

代码：

void setup()
{  Serial.begin(115200); //初始化串口，使用波特率115200，其余默认
Serial.println("Hello, I'm in a terminal!");
Serial.println();
pinMode(2, INPUT);
}
void loop()
{static uint32_t lastMillis = 0; //用于存储第一次获取的运行时间static uint32_t time0 = 0;      //用于存储时间差//A
/*lastMillis = micros();          //获取运行时间for(unsigned int m=0;m<10000;m++)  //一个嵌套，消耗CPU时间{for(unsigned int n=0;n<10000;n++){__asm__ __volatile__ ("nop"); //这是一个空指令，但是会花费一个周期去执行}}
//B
*/time0=micros() - lastMillis;  //计算A到B的执行时间差Serial.print("程序A点运行到B点耗时:  ");Serial.print(time0/1000000);Serial.println("秒");
if(digitalRead(2)==0) Serial.println("按钮被按下！");delay(200);
}

测试视频如下：

通过视频我们看出按钮硬件及软件上监测是没有问题的（我们屏蔽了A到B 的代码是为了测试其余代码的正确）。

4.案例分析

直接给出如下代码：

void setup()
{  Serial.begin(115200); //初始化串口，使用波特率115200，其余默认
Serial.println("Hello, I'm in a terminal!");
Serial.println();
}
void loop()
{static uint32_t lastMillis = 0; //用于存储第一次获取的运行时间static uint32_t time0 = 0;      //用于存储时间差//AlastMillis = micros();          //获取运行时间for(unsigned int m=0;m<10000;m++)  //一个嵌套，消耗CPU时间{for(unsigned int n=0;n<10000;n++){__asm__ __volatile__ ("nop"); //这是一个空指令，但是会花费一个周期去执行}}
//Btime0=micros() - lastMillis;  //计算A到B的执行时间差delay(200);Serial.print("程序A点运行到B点耗时:  ");Serial.print(time0/1000000);Serial.println("秒");
}

仿真运行效果：上述程序执行后，程序A点运行到B点耗时: 31秒。

也就是说当有扫描式按钮在主程序等待被监测按下按钮这个动作时，至少会被阻塞31秒，也就是说，在那31秒内按钮按下也不会被监测到!当然一般程序不会有这种情况存在（阻塞31秒），这里将阻塞时间做了放大，实际可能阻塞有几秒钟，但是这种阻塞是非常不利于程序的实时性。

此时我们再做一个按钮按下监测实验，不屏蔽阻塞代码，看阻塞代码对此按键扫描的影响。

调整后代码如下：

void setup()
{  Serial.begin(115200); //初始化串口，使用波特率115200，其余默认
Serial.println("Hello, I'm in a terminal!");
Serial.println();
pinMode(2, INPUT);
}
void loop()
{static uint32_t lastMillis = 0; //用于存储第一次获取的运行时间static uint32_t time0 = 0;      //用于存储时间差//AlastMillis = micros();          //获取运行时间for(unsigned int m=0;m<1600;m++)  //一个嵌套，消耗CPU时间{for(unsigned int n=0;n<10000;n++){__asm__ __volatile__ ("nop"); //这是一个空指令，但是会花费一个周期去执行}}
//Btime0=micros() - lastMillis;  //计算A到B的执行时间差Serial.print("程序A点运行到B点耗时:  ");Serial.print(time0/1000000);Serial.println("秒");
if(digitalRead(2)==0) Serial.println("按钮被按下！");delay(200);
}

注意：上述代码，我把阻塞时间调整了一下，由原来31秒调整到了5秒，好录测试视频。

测试视频如下：

通过上述仿真视频看到，阻塞非常严重，你在设备端不断按按钮，但是系统却没检测到！这样的系统实时性就非常的差，操作体验感不佳！

我们修改代码，用中断的方式监测按钮按下，硬件不变，代码如下：

void btn_press();
void setup()
{  Serial.begin(115200); //初始化串口，使用波特率115200，其余默认
Serial.println("Hello, I'm in a terminal!");
Serial.println();
attachInterrupt(0, btn_press, LOW);//引脚20外部中断
}
void loop()
{static uint32_t lastMillis = 0; //用于存储第一次获取的运行时间static uint32_t time0 = 0;      //用于存储时间差//AlastMillis = micros();          //获取运行时间for(unsigned int m=0;m<10000;m++)  //一个嵌套，消耗CPU时间{for(unsigned int n=0;n<10000;n++){__asm__ __volatile__ ("nop"); //这是一个空指令，但是会花费一个周期去执行}}
//Btime0=micros() - lastMillis;  //计算A到B的执行时间差Serial.print("程序A点运行到B点耗时:  ");Serial.print(time0/1000000);Serial.println("秒"); delay(200);
}
void btn_press()
{Serial.println("按钮被按下！");  
}

测试视频如下：

按钮中断实时性测试

可以看到实时性非常强，基本和按下是同步检测到的！，这就是中断的优势。这也就是为什么用中断的缘故，Arduino的中断相关知识下一篇细讲。

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