AVR开发 Arduino方法（二）中断子系统

由 judy 提交于周一, 9 四月 2018 - 10:14

在了解中断子系统之前，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。Arduino UNO R3的主处理器ATMega328P拥有26个中断源，如下表所示：

<table border="1" style="width: 586px;">
<tbody>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
向量号
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
程序地址
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
中断源
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
中断定义
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
中断服务程序名称
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
1
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0000
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
RESET
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
外部电平复位，上电复位，掉电检测复位，看门狗复位
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
 
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
2
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0002
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
INT0
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
外部中断请求0
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
INT0_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
3
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0004
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
INT1
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
外部中断请求1
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
INT1_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
4
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0006
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
PCINT0
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
引脚电平变化中断请求0
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
PCINT0_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
5
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0008
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
PCINT1
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
引脚电平变化中断请求1
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
PCINT1_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
6
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x000A
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
PCINT2
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
引脚电平变化中断请求2
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
PCINT2_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
7
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x000C
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
WDT
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
看门狗溢出中断
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
WDT_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
8
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x000E
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
TIMER2 COMPA
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
定时/计数器2比较匹配A
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
TIMER2_COMPA_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
9
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0010
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
TIMER2 COMPB
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
定时/计数器2比较匹配B
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
TIMER2_COMPB_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
10
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0012
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
TIMER2 OVF
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
定时/计数器2溢出
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
TIMER2_OVF_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
11
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0014
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
TIMER1 CAPT
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
定时/计数器1事件捕捉
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
TIMER1_CAPT_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
12
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0016
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
TIMER1 COMPA
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
定时/计数器1比较匹配A
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
TIMER1_COMPA_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
13
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0018
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
TIMER1 COMPB
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
定时/计数器1比较匹配B
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
TIMER1_COMPB_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
14
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x001A
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
TIMER1 OVF
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
定时/计数器1溢出
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
TIMER1_OVF_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
15
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x001C
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
TIMER0 COMPA
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
定时/计数器0比较匹配A
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
TIMER0_COMPA_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
16
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x001E
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
TIMER0 COMPB
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
定时/计数器0比较匹配B
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
TIMER0_COMPB_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
17
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0020
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
TIMER0 OVF
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
定时/计数器0溢出
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
TIMER0_OVF_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
18
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0022
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
SPI STC
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
SPI串行传输结束
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
SPI_STC_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
19
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0024
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
USART RX
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
USART接收结束
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
USART_RX_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
20
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0026
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
USART UDRE
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
USART数据寄存器空
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
USART_UDRE_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
21
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0028
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
USART TX
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
USART，发送结束
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
USART_TX_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
22
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x002A
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
ADC
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
模数转换结束
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
ADC_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
23
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x002C
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
EE READY
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
EEPROM准备好
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
EE_READY_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
24
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x002E
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
ANALOG COMP
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
模拟比较器
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
ANALOG_COMP_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
25
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0030
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
TWI
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
两线串行接口
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
TWI_vect
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 19px;" valign="center" width="60">
26
</td>
<td style="width: 85px;" valign="center" width="73">
0x0032
</td>
<td style="width: 84px;" valign="center" width="74">
SPM READY
</td>
<td style="width: 190px;" valign="center" width="231">
保存程序存储器内容就绪
</td>
<td style="width: 148px;" valign="center" width="130">
SPM_ready_vect
</td>
</tr>
</tbody>
</table>

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，这个示例使得按键在按下时LED的状态取反：

<pre style="overflow-x:auto; background-color:#e9e9e9;">// Interrupt.ino
const byte ledPin = 13;
const byte interruptPin = 2;
volatile byte state = LOW;

void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
pinMode(interruptPin, INPUT_PULLUP);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPin), blink, CHANGE);
}

void loop() {
digitalWrite(ledPin, state);
}

void blink() {
state = !state;
}</pre>

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2个相关寄存器控制，外部中断控制寄存器EICRA的结构如下图所示：
<table border="1">
<tbody>
<tr>
<td valign="top" width="81">
 
</td>
<td valign="top" width="81">
 
</td>
<td valign="top" width="81">
 
</td>
<td colspan="2" valign="top" width="162">
INT1
</td>
<td colspan="2" valign="top" width="162">
INT0
</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" width="81">
 
</td>
<td valign="top" width="81">
 
</td>
<td valign="top" width="81">
 
</td>
<td valign="top" width="81">
ISC11
</td>
<td valign="top" width="81">
ISC10
</td>
<td valign="top" width="81">
ISC01
</td>
<td valign="top" width="81">
ISC00
</td>
</tr>
</tbody>
</table>

ISCx[1:0]（x = 0, 1）位用于设置外部中断的触发方式，如下表所示：
<table border="1" style="width: 257px;">
<tbody>
<tr>
<td style="width: 101px;" valign="center" width="91">
ISCx[1:0]

（x = 0, 1）
</td>
<td style="width: 140px;" valign="center" width="476">
外部中断触发方式
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 101px;" valign="center" width="91">
00
</td>
<td style="width: 140px;" valign="center" width="476">
低电平
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 101px;" valign="center" width="91">
01
</td>
<td style="width: 140px;" valign="center" width="476">
逻辑电平变化
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 101px;" valign="center" width="91">
10
</td>
<td style="width: 140px;" valign="center" width="476">
下降沿
</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 101px;" valign="center" width="91">
11
</td>
<td style="width: 140px;" valign="center" width="476">
上升沿
</td>
</tr>
</tbody>
</table>

外部中断屏蔽寄存器EIMSK用于设置是否屏蔽外部中断，它的结构如下图所示：
<table border="1" style="width: 385px;">
<tbody>
<tr>
<td style="width: 40px;" valign="top" width="81">
 
</td>
<td style="width: 40px;" valign="top" width="81">
 
</td>
<td style="width: 40px;" valign="top" width="81">
 
</td>
<td style="width: 40px;" valign="top" width="81">
 
</td>
<td style="width: 40px;" valign="top" width="81">
 
</td>
<td style="width: 70px;" valign="top" width="81">
INT1
</td>
<td style="width: 69px;" valign="top" width="81">
INT0
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
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。

通过直接访问寄存器改写以上程序为：
<pre style="overflow-x:auto; background-color:#e9e9e9;">// Interrupt_reg.ino
volatile byte state = LOW;

void setup() {
DDRB |= (1 << PB5);

DDRD &= ~(1 << PD2);
PORTD |= (1 << PD2);
EICRA &= ~(1 << ISC01) & ~(1 << ISC00);
EIMSK |= (1<< INT0);
sei(); // 启用总中断
}

void loop() {
if (state == HIGH) {
PORTB |= (1 << PB5);
} else {
PORTB &= ~(1 << PB5);
}
}

// 外部中断0中断处理函数
ISR(INT0_vect) {
state = !state;
}</pre>

转自：<a href="http://www.cnblogs.com/lets-blu/p/7513709.html">Lets_Blu</a>

AVR开发 Arduino方法（二） 中断子系统

AVR开发 Arduino方法（二）中断子系统