如何利用计时器中断来保持一切正常运转

设置

对于本指南中的所有示例，将使用以下接线：

什么是中断？

中断是一个信号，告诉处理器立即停止其正在执行的操作并处理一些高优先级的处理。这种高优先级处理称为中断处理程序。

中断处理程序与任何其他void函数一样。如果编写一个并将其附加到中断，则在触发该中断信号时将调用该中断。当您从中断处理程序返回时，处理器将返回以继续之前的操作。

它们来自何处？

可以生成中断

来自一个Arduino定时器的定时器中断。

外部中断由于外部中断引脚之一的状态改变而引起的外部中断。

Pin-change中断是由于一组引脚中任何一个引脚的状态改变。

它们有什么用？

使用中断，您无需编写循环代码即可连续检查高优先级中断条件。您不必担心由于长时间运行的子例程而反应迟钝或错过了按键操作。

当中断发生时，处理器将自动停止正在执行的操作并调用中断处理程序。您只需编写代码以响应中断。

定时器中断

请勿致电给我们，我们会打电话给您

在本系列的第1部分中，我们学习了如何使用millis（）进行计时。但是为了进行这项工作，我们每次都要在循环中调用millis（）来查看是否该做某事了。一毫秒多次调用millis（）只是发现时间没有改变，这是一种浪费。如果只需要每毫秒检查一次，那会不会很好？

计时器和计时器中断让我们可以做到这一点。我们可以设置一个计时器来每毫秒中断一次。计时器实际上会打电话给我们，让我们知道现在该检查时钟了！

Arduino计时器

Arduino Uno有3个计时器：Timer0，Timer1和Timer2。已经将Timer0设置为生成毫秒中断，以更新millis（）报告的毫秒计数器。既然这就是我们要寻找的东西，我们也将得到Timer0来为我们生成一个中断！

频率和计数

定时器是简单的计数器，它们以从16MHz系统时钟。您可以配置时钟分频器以更改频率和各种不同的计数模式。您还可以将它们配置为在计时器达到特定计数时生成中断。

Timer0是8位，从0到255计数，并在溢出时生成中断。默认情况下，它使用64的时钟分频比为我们提供976.5625 Hz的中断率（就我们的目的而言，足够接近1KHz）。我们不会弄乱Timer0的频率，因为那样会破坏breakmillis（）！

比较寄存器

Arduino定时器具有许多配置寄存器。可以使用Arduino IDE中定义的特殊符号来读取或写入这些符号。 有关所有这些寄存器及其功能的详细说明，请参见下面的“ 进一步阅读”中的链接。

我们将建立一个《计时器0的strong》比较寄存器（该寄存器称为OCR0A），在该计数中间的某个位置产生另一个中断。在每次滴答时，计时器计数器都会与比较寄存器进行比较，并且当它们相等时，将产生一个中断。

只要计数器值超过0xAF，下面的代码就会产生一个“ TIMER0_COMPA”中断。

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复制代码

// Timer0 is already used for millis（） - we‘ll just interrupt somewhere

// in the middle and call the “Compare A” function below

OCR0A = 0xAF;

TIMSK0 |= _BV（OCIE0A）; // Timer0 is already used for millis（） - we’ll just interrupt somewhere

// in the middle and call the “Compare A” function below

OCR0A = 0xAF;

TIMSK0 |= _BV（OCIE0A）;

然后，我们将为定时器中断向量（称为“ TIMER0_COMPA_vect”）定义一个中断处理程序。在此中断处理程序中，我们将完成循环中所有的工作。

下载：文件

复制代码

// Interrupt is called once a millisecond，

SIGNAL（TIMER0_COMPA_vect）

{

unsigned long currentMillis = millis（）;

sweeper1.Update（currentMillis）;

//if（digitalRead（2） == HIGH）

{

sweeper2.Update（currentMillis）;

led1.Update（currentMillis）;

}

led2.Update（currentMillis）;

led3.Update（currentMillis）;

} // Interrupt is called once a millisecond，

SIGNAL（TIMER0_COMPA_vect）

{

unsigned long currentMillis = millis（）;

sweeper1.Update（currentMillis）;

//if（digitalRead（2） == HIGH）

{

sweeper2.Update（currentMillis）;

led1.Update（currentMillis）;

}

led2.Update（currentMillis）;

led3.Update（currentMillis）;

}

这给我们留下了一个完全空的循环。

下载：文件

复制代码

void loop（）

{

} void loop（）

{

}

您现在可以在循环中做任何您想做的事情。您甚至可以decade废并使用delay（）！闪光灯和扫地机将不在乎。无论如何，它们仍然会每毫秒被调用一次！

进一步阅读：

这只是计时器可以执行的简单示例。有关不同类型的计时器及其配置方式的更多详细信息，请查看“库和链接”页面。

源代码：

以下是整个代码，包括闪光灯和扫地机：

下载：文件

复制代码

#include

class Flasher

{

// Class Member Variables

// These are initialized at startup

int ledPin; // the number of the LED pin

long OnTime; // milliseconds of on-time

long OffTime; // milliseconds of off-time

// These maintain the current state

int ledState; // ledState used to set the LED

unsigned long previousMillis; // will store last time LED was updated

// Constructor - creates a Flasher

// and initializes the member variables and state

public：

Flasher（int pin， long on， long off）

{

ledPin = pin;

pinMode（ledPin， OUTPUT）;

OnTime = on;

OffTime = off;

ledState = LOW;

previousMillis = 0;

}

void Update（unsigned long currentMillis）

{

if（（ledState == HIGH） && （currentMillis - previousMillis 》= OnTime））

{

ledState = LOW; // Turn it off

previousMillis = currentMillis; // Remember the time

digitalWrite（ledPin， ledState）; // Update the actual LED

}

else if （（ledState == LOW） && （currentMillis - previousMillis 》= OffTime））

{

ledState = HIGH; // turn it on

previousMillis = currentMillis; // Remember the time

digitalWrite（ledPin， ledState）; // Update the actual LED

}

}

};

class Sweeper

{

Servo servo; // the servo

int pos; // current servo position

int increment; // increment to move for each interval

int updateInterval; // interval between updates

unsigned long lastUpdate; // last update of position

public：

Sweeper（int interval）

{

updateInterval = interval;

increment = 1;

}

void Attach（int pin）

{

servo.attach（pin）;

}

void Detach（）

{

servo.detach（）;

}

void Update（unsigned long currentMillis）

{

if（（currentMillis - lastUpdate） 》 updateInterval） // time to update

{

lastUpdate = millis（）;

pos += increment;

servo.write（pos）;

if （（pos 》= 180） || （pos 《= 0）） // end of sweep

{

// reverse direction

increment = -increment;

}

}

}

};

Flasher led1（11， 123， 400）;

Flasher led2（12， 350， 350）;

Flasher led3（13， 200， 222）;

Sweeper sweeper1（25）;

Sweeper sweeper2（35）;

void setup（）

{

sweeper1.Attach（9）;

sweeper2.Attach（10）;

// Timer0 is already used for millis（） - we‘ll just interrupt somewhere

// in the middle and call the “Compare A” function below

OCR0A = 0xAF;

TIMSK0 |= _BV（OCIE0A）;

}

// Interrupt is called once a millisecond， to update the LEDs

// Sweeper2 s not updated if the button on digital 2 is pressed.

SIGNAL（TIMER0_COMPA_vect）

{

unsigned long currentMillis = millis（）;

sweeper1.Update（currentMillis）;

if（digitalRead（2） == HIGH）

{

sweeper2.Update（currentMillis）;

led1.Update（currentMillis）;

}

led2.Update（currentMillis）;

led3.Update（currentMillis）;

}

void loop（）

{

} #include

class Flasher

{

// Class Member Variables

// These are initialized at startup

int ledPin; // the number of the LED pin

long OnTime; // milliseconds of on-time

long OffTime; // milliseconds of off-time

// These maintain the current state

int ledState; // ledState used to set the LED

unsigned long previousMillis; // will store last time LED was updated

// Constructor - creates a Flasher

// and initializes the member variables and state

public：

Flasher（int pin， long on， long off）

{

ledPin = pin;

pinMode（ledPin， OUTPUT）;

OnTime = on;

OffTime = off;

ledState = LOW;

previousMillis = 0;

}

void Update（unsigned long currentMillis）

{

if（（ledState == HIGH） && （currentMillis - previousMillis 》= OnTime））

{

ledState = LOW; // Turn it off

previousMillis = currentMillis; // Remember the time

digitalWrite（ledPin， ledState）; // Update the actual LED

}

else if （（ledState == LOW） && （currentMillis - previousMillis 》= OffTime））

{

ledState = HIGH; // turn it on

previousMillis = currentMillis; // Remember the time

digitalWrite（ledPin， ledState）; // Update the actual LED

}

}

};

class Sweeper

{

Servo servo; // the servo

int pos; // current servo position

int increment; // increment to move for each interval

int updateInterval; // interval between updates

unsigned long lastUpdate; // last update of position

public：

Sweeper（int interval）

{

updateInterval = interval;

increment = 1;

}

void Attach（int pin）

{

servo.attach（pin）;

}

void Detach（）

{

servo.detach（）;

}

void Update（unsigned long currentMillis）

{

if（（currentMillis - lastUpdate） 》 updateInterval） // time to update

{

lastUpdate = millis（）;

pos += increment;

servo.write（pos）;

if （（pos 》= 180） || （pos 《= 0）） // end of sweep

{

// reverse direction

increment = -increment;

}

}

}

};

Flasher led1（11， 123， 400）;

Flasher led2（12， 350， 350）;

Flasher led3（13， 200， 222）;

Sweeper sweeper1（25）;

Sweeper sweeper2（35）;

void setup（）

{

sweeper1.Attach（9）;

sweeper2.Attach（10）;

// Timer0 is already used for millis（） - we’ll just interrupt somewhere

// in the middle and call the “Compare A” function below

OCR0A = 0xAF;

TIMSK0 |= _BV（OCIE0A）;

}

// Interrupt is called once a millisecond， to update the LEDs

// Sweeper2 s not updated if the button on digital 2 is pressed.

SIGNAL（TIMER0_COMPA_vect）

{

unsigned long currentMillis = millis（）;

sweeper1.Update（currentMillis）;

if（digitalRead（2） == HIGH）

{

sweeper2.Update（currentMillis）;

led1.Update（currentMillis）;

}

led2.Update（currentMillis）;

led3.Update（currentMillis）;

}

void loop（）

{

}

外部中断

最好是退出循环

与定时器中断不同的是，外部事件会触发外部中断。例如，当按下按钮或从旋转编码器接收到脉冲时。但是，就像计时器中断一样，您不需要继续轮询GPIO引脚以进行更改。

Arduino UNO有2个外部中断引脚。在此示例中，我们将按钮附加到其中一个按钮，并使用它来重置我们的清扫器。首先，在我们的清除程序类中添加一个“ reset（）”函数。 reset（）函数将位置设置为0，并立即将伺服器放置在此处：

下载：文件

复制代码

void reset（）

{

pos = 0;

servo.write（pos）;

increment = abs（increment）;

} void reset（）

{

pos = 0;

servo.write（pos）;

increment = abs（increment）;

}

接下来，我们将添加对AttachInterrupt（）的调用以连接外部中断

在UNO上，中断0与数字引脚2相关联。我们告诉它在该引脚上寻找信号的“ FALLING”沿。当按下按钮时，信号从HIGH降到LOW，并调用“重置”中断处理程序。

下载：文件

复制代码

pinMode（2， INPUT_PULLUP）;

attachInterrupt（0， Reset， FALLING）; pinMode（2， INPUT_PULLUP）;

attachInterrupt（0， Reset， FALLING）;

这是“重置”中断处理程序。它仅调用清除程序重置功能：

下载：文件

复制代码

void Reset（）

{

sweeper1.reset（）;

sweeper2.reset（）;

} void Reset（）

{

sweeper1.reset（）;

sweeper2.reset（）;

}

现在，每当您按下按钮时，伺服器就会停止其正在执行的操作，并立即寻找到零位置。

源代码：

这是带有计时器和外部中断的完整草图：

下载：文件

复制代码

#include

class Flasher

{

// Class Member Variables

// These are initialized at startup

int ledPin; // the number of the LED pin

long OnTime; // milliseconds of on-time

long OffTime; // milliseconds of off-time

// These maintain the current state

volatile int ledState; // ledState used to set the LED

volatile unsigned long previousMillis; // will store last time LED was updated

// Constructor - creates a Flasher

// and initializes the member variables and state

public：

Flasher（int pin， long on， long off）

{

ledPin = pin;

pinMode（ledPin， OUTPUT）;

OnTime = on;

OffTime = off;

ledState = LOW;

previousMillis = 0;

}

void Update（unsigned long currentMillis）

{

if（（ledState == HIGH） && （currentMillis - previousMillis 》= OnTime））

{

ledState = LOW; // Turn it off

previousMillis = currentMillis; // Remember the time

digitalWrite（ledPin， ledState）; // Update the actual LED

}

else if （（ledState == LOW） && （currentMillis - previousMillis 》= OffTime））

{

ledState = HIGH; // turn it on

previousMillis = currentMillis; // Remember the time

digitalWrite（ledPin， ledState）; // Update the actual LED

}

}

};

class Sweeper

{

Servo servo; // the servo

int updateInterval; // interval between updates

volatile int pos; // current servo position

volatile unsigned long lastUpdate; // last update of position

volatile int increment; // increment to move for each interval

public：

Sweeper（int interval）

{

updateInterval = interval;

increment = 1;

}

void Attach（int pin）

{

servo.attach（pin）;

}

void Detach（）

{

servo.detach（）;

}

void reset（）

{

pos = 0;

servo.write（pos）;

increment = abs（increment）;

}

void Update（unsigned long currentMillis）

{

if（（currentMillis - lastUpdate） 》 updateInterval） // time to update

{

lastUpdate = currentMillis;

pos += increment;

servo.write（pos）;

if （（pos 》= 180） || （pos 《= 0）） // end of sweep

{

// reverse direction

increment = -increment;

}

}

}

};

Flasher led1（11， 123， 400）;

Flasher led2（12， 350， 350）;

Flasher led3（13， 200， 222）;

Sweeper sweeper1（25）;

Sweeper sweeper2（35）;

void setup（）

{

sweeper1.Attach（9）;

sweeper2.Attach（10）;

// Timer0 is already used for millis（） - we‘ll just interrupt somewhere

// in the middle and call the “Compare A” function below

OCR0A = 0xAF;

TIMSK0 |= _BV（OCIE0A）;

pinMode（2， INPUT_PULLUP）;

attachInterrupt（0， Reset， FALLING）;

}

void Reset（）

{

sweeper1.reset（）;

sweeper2.reset（）;

}

// Interrupt is called once a millisecond，

SIGNAL（TIMER0_COMPA_vect）

{

unsigned long currentMillis = millis（）;

sweeper1.Update（currentMillis）;

//if（digitalRead（2） == HIGH）

{

sweeper2.Update（currentMillis）;

led1.Update（currentMillis）;

}

led2.Update（currentMillis）;

led3.Update（currentMillis）;

}

void loop（）

{

} #include

class Flasher

{

// Class Member Variables

// These are initialized at startup

int ledPin; // the number of the LED pin

long OnTime; // milliseconds of on-time

long OffTime; // milliseconds of off-time

// These maintain the current state

volatile int ledState; // ledState used to set the LED

volatile unsigned long previousMillis; // will store last time LED was updated

// Constructor - creates a Flasher

// and initializes the member variables and state

public：

Flasher（int pin， long on， long off）

{

ledPin = pin;

pinMode（ledPin， OUTPUT）;

OnTime = on;

OffTime = off;

ledState = LOW;

previousMillis = 0;

}

void Update（unsigned long currentMillis）

{

if（（ledState == HIGH） && （currentMillis - previousMillis 》= OnTime））

{

ledState = LOW; // Turn it off

previousMillis = currentMillis; // Remember the time

digitalWrite（ledPin， ledState）; // Update the actual LED

}

else if （（ledState == LOW） && （currentMillis - previousMillis 》= OffTime））

{

ledState = HIGH; // turn it on

previousMillis = currentMillis; // Remember the time

digitalWrite（ledPin， ledState）; // Update the actual LED

}

}

};

class Sweeper

{

Servo servo; // the servo

int updateInterval; // interval between updates

volatile int pos; // current servo position

volatile unsigned long lastUpdate; // last update of position

volatile int increment; // increment to move for each interval

public：

Sweeper（int interval）

{

updateInterval = interval;

increment = 1;

}

void Attach（int pin）

{

servo.attach（pin）;

}

void Detach（）

{

servo.detach（）;

}

void reset（）

{

pos = 0;

servo.write（pos）;

increment = abs（increment）;

}

void Update（unsigned long currentMillis）

{

if（（currentMillis - lastUpdate） 》 updateInterval） // time to update

{

lastUpdate = currentMillis;

pos += increment;

servo.write（pos）;

if （（pos 》= 180） || （pos 《= 0）） // end of sweep

{

// reverse direction

increment = -increment;

}

}

}

};

Flasher led1（11， 123， 400）;

Flasher led2（12， 350， 350）;

Flasher led3（13， 200， 222）;

Sweeper sweeper1（25）;

Sweeper sweeper2（35）;

void setup（）

{

sweeper1.Attach（9）;

sweeper2.Attach（10）;

// Timer0 is already used for millis（） - we’ll just interrupt somewhere

// in the middle and call the “Compare A” function below

OCR0A = 0xAF;

TIMSK0 |= _BV（OCIE0A）;

pinMode（2， INPUT_PULLUP）;

attachInterrupt（0， Reset， FALLING）;

}

void Reset（）

{

sweeper1.reset（）;

sweeper2.reset（）;

}

// Interrupt is called once a millisecond，

SIGNAL（TIMER0_COMPA_vect）

{

unsigned long currentMillis = millis（）;

sweeper1.Update（currentMillis）;

//if（digitalRead（2） == HIGH）

{

sweeper2.Update（currentMillis）;

led1.Update（currentMillis）;

}

led2.Update（currentMillis）;

led3.Update（currentMillis）;

}

void loop（）

{

}

库和链接

有关计时器的更多信息

可以将计时器配置为以各种频率运行并以不同的模式运行。除了产生中断，它们还用于控制PWM引脚。以下链接是了解如何配置和使用计时器的出色资源：

Arduino PWM的机密

计时器/PWM速查表

计时器库

网上有许多Arduino``计时器‘’库可用与本系列第1部分中所做的一样，许多人仅监视millis（）并要求进行持续轮询。但是实际上有一些配置可以让您配置定时器以生成中断。

Paul Stoffregan出色的TimerOne和TimerThree库处理了许多定时器中断配置的低级细节。 （请注意，TimerThree不适用于UNO。它可以与Leonardo，Mega和某些Teensy板一起使用）

TimerOne和Timer 3库

引脚更改中断

对于2个不足的情况

Arduino UNO只有2个外部中断引脚。但是，如果您需要两个以上的中断，该怎么办？幸运的是，Arduino UNO在所有引脚上都支持“引脚更改”中断。

引脚更改中断类似于外部中断。区别在于，在8个相关引脚中的任何一个引脚上都会因状态变化而产生一个中断。这些操作要稍微复杂一点，因为您必须跟踪所有8个引脚的最后一个已知状态，以找出8个引脚中的哪个导致了中断。

Arduino Playground的PinChangeInt库实现了一个方便的引脚更改中断接口：http：//playground.arduino.cc/Main/PinChangeInt

PinChangeInt库

计时器和中断礼仪

中断就像超市的快速通道。考虑周全，将其保持在10件以下，一切都会顺利进行。

如果一切都是高水平的，那么没有什么是高度优先的。

中断处理程序应仅用于处理高优先级，对时间敏感的事件。请记住，在中断处理程序中时，禁用了中断。如果您尝试在中断级别执行过多操作，则会降低对其他中断的响应。

一次仅一个中断。

ISR，中断被禁用。这有两个非常重要的含义：

在ISR中完成的工作应保持简短，以免丢失任何中断。

在ISR中的代码不应调用任何需要激活中断（例如delay（）或使用i2c总线的任何中断）。这将导致程序挂起。

将冗长的处理推迟到循环中。

如果您需要进行大量处理以响应中断，请使用中断处理程序仅执行必要的操作，然后设置易失性状态变量（参见下文）以指示需要进一步处理。当您从循环中调用更新功能时，请检查状态变量以查看是否需要任何后续处理。

重新配置计时器之前需要检查 《计时器是一种有限的资源。 UNO上只有3个，它们用于许多用途。如果您弄乱了计时器配置，则其他某些功能可能不再起作用。例如，在Arduino UNO上：

Timer0 -用于引脚5和6上的millis（），micros（），delay（）和PWM

》

Timer1 -用于Servos，WaveHC库和引脚9和10上的PWM

Timer2 -由Tone和PWM引脚上使用11＆13

安全共享数据

因为中断将暂停，无论处理器正在处理该中断如何，我们必须小心在中断处理程序和循环中的代码之间共享数据。

易失性变量

有时，编译器会尝试优化代码以提高速度。有时，这些优化会将常用变量的副本保留在寄存器中以便快速访问。问题是，如果这些变量之一在中断处理程序和循环代码之间共享，则其中一个变量最终可能会查看陈旧的副本而不是真实的副本。将变量标记为易失性会告诉编译器不要对优化进行潜在的危险操作。

保护较大的变量

Evan标记变量 volatile 是不够的如果它的变量大于整数（例如字符串，数组，结构等）。较大的变量需要几个指令周期来更新，并且如果在更新的中间发生中断，则数据可能会被破坏。如果您具有与中断处理程序共享的较大变量或结构，则在从循环中更新中断时应禁用中断。 （默认情况下，已在中断处理程序中禁用了中断。）
责任编辑：wv