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Arduino Uno中断原理与实际应用拓展指南

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Arduino Uno是一款非常受欢迎的开源微控制器板，它因其简单易用和强大的功能而受到广大爱好者和专业人士的喜爱。中断是Arduino编程中的一个重要概念，它允许程序在执行其他任务时，对特定事件做出快速响应。本文将深入探讨Arduino Uno的中断原理，并提供一些实际应用拓展的指南。

中断原理

什么是中断？

中断是一种程序执行方式，它允许CPU在执行当前程序时，暂停当前程序的执行，转而执行另一个程序（中断服务程序），处理完中断事件后再返回原来的程序继续执行。

中断类型

在Arduino中，主要有两种类型的中断：

  1. 外部中断：由外部硬件信号触发，如按钮按下、传感器检测到特定值等。
  2. 定时器中断：由内置的定时器硬件触发，周期性地执行中断服务程序。

中断处理流程

  1. 中断请求：当满足中断条件时，如外部信号或定时器溢出，向CPU发出中断请求。
  2. 中断响应：CPU响应中断请求，暂停当前程序执行，跳转到中断服务程序。
  3. 中断服务：执行中断服务程序，处理中断事件。
  4. 中断返回：中断服务程序执行完毕，返回到被中断的程序继续执行。

实际应用拓展

外部中断应用

按钮控制LED

const int buttonPin = 2;  // 按钮连接到数字引脚2
const int ledPin =  13;   // LED连接到数字引脚13

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);      
  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);  // 启用内部上拉电阻
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(buttonPin), blink, FALLING);  // 当按钮从高电平变为低电平时触发中断
}

void loop() {
  // 主循环内容
}

void blink() {
  digitalWrite(ledPin, !digitalRead(ledPin));  // 切换LED状态
}

传感器数据采集

const int sensorPin = A0;  // 传感器连接到模拟引脚A0
const int threshold = 500;  // 阈值设定

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(sensorPin), readSensor, RISING);  // 当传感器值超过阈值时触发中断
}

void loop() {
  // 主循环内容
}

void readSensor() {
  int sensorValue = analogRead(sensorPin);
  Serial.print("Sensor Value: ");
  Serial.println(sensorValue);
}

定时器中断应用

定时器周期性任务

const unsigned long interval = 1000;  // 1000毫秒间隔
unsigned long previousMillis = 0;     // 上次触发中断的时间
int ledState = LOW;                   // LED状态

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
  noInterrupts();           // 禁用所有中断
  TCCR1A = 0;                // 设置PWM模式为快速比较
  TCCR1B = 0;                // 设置计数器模式
  TCNT1  = 0;                // 重置计数器
  OCR1A = 15624;              // 设置比较值，1000Hz
  TCCR1B |= (1 << WGM12) | (1 << CS12) | (1 << CS10);  // 设置计数器模式为CTC，预分频为1024
  interrupts();              // 启用所有中断
}

void loop() {
  // 主循环内容
}

ISR(TIMER1_COMPA_vect) {
  // 定时器中断服务程序
  if (ledState == LOW) {
    ledState = HIGH;
  } else {
    ledState = LOW;
  }
  digitalWrite(13, ledState);
}

总结

中断是Arduino编程中的一个强大工具，它可以帮助我们实现实时响应和周期性任务。通过本文的介绍，相信你已经对Arduino Uno的中断原理有了深入的了解，并且能够将其应用到实际项目中。不断探索和尝试，你将发现中断的更多可能性。

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