Изучаем Arduino: инструметы и методы технического волшебства - [64]
ПРИМЕЧАНИЕ
Видеоурок по прерываниям и аппаратному устранению дребезга можно посмотреть на странице
http://www.jeremyblum.com/2011103/07/arduino-tutorial-10-interrupts-and1hardware-debouncing[15]. Найти данный видеофайл можно и на странице издательства Wiley.
12.1. Использование аппаратных прерываний
Аппаратные прерывания происходят при наступлении (или изменении) заданного состояния на входах-выходах. Аппаратное прерывание полезно, например, когда нужно изменить значение переменной, не проверяя непрерывно состояние кнопки.
Ранее мы устраняли дребезг путем опроса состояния кнопки в цикле. Этот прием отлично работает, если время выполнения остальной части программы невелико.
Но предположим, вы устраняете дребезг в цикле, выполнение которого занимает значительное время. Например, в основном цикле программы изменяется яркость
Рис. 12.1. Влияние внешнего прерывания на ход выполнения программы
- 255 -
светодиода или скорость двигателя с помощью оператора for() с некоторой задержкой delay(). Возникает опасность пропустить нажатие кнопки, которое происходит в момент выполнения главной программы. Вот здесь и приходят на помощь прерывания. Определенные контакты на плате Arduino могут вызывать внешние аппаратные прерывания. Вы выполняете главную программу, и при возникновении внешнего прерывания запускается специальная процедура его обработки (рис. 12.1), причем прерывание может наступить в любом месте программы.
12.2. Что выбрать: опрос состояния в цикле или прерывания?
Аппаратные прерывания являются альтернативой опроса состояния входов в цикле loop(). Они не лучше и не хуже, всегда есть выбор между ними. При проектировании системы необходимо учитывать все факторы и выбрать вариант, наиболее подходящий для вашего приложения. Далее рассмотрим основные различия между опросом входов и прерываниями, чтобы понять, что лучше подойдет для конкретного проекта.
Благодаря встроенному языку программирования Arduino программировать внешние прерывания сравнительно просто. Однако организовать опрос контактов в цикле еще проще, все, что требуется - это вызов команды digitalRead(). Если нет безусловной необходимости в аппаратных прерываниях, то лучше их не применять, т. к. код программы усложнится.
С точки зрения аппаратной реализации между опросом контакта в цикле и прерыванием нет разницы, т. к. в обоих случаях считывается состояние входа. Тем не менее, при наличии дребезга ( см. главу 2) возникает серьезная проблема: процедура обработки прерывания может быть вызвана несколько раз. Самое неприятное, что в процедуре обработки прерывания нельзя задействовать функцию программного устранения дребезга, потому что невозможен вызов функции ctelay(). Поэтому, если вы хотите использовать прерывание для входа с дребезгом, необходимо устранить дребезг аппаратно.
Одна из причин использования прерываний - предоставление псевдомногозадачности. С помощью Arduino никогда нельзя обеспечить реальную многозадачность, т. к. на плате только один микроконтроллер, который за один такт может выполнить только одну команду. Однако, поскольку микроконтроллер выполняет команды очень быстро, можно прибегнугь к прерываниям, чтобы выполнять разные задачи почти одновременно. Например, с помощью прерывания можно в про-
- 256 -
цессе уменьшения яркости светодиодов реагировать на нажатие кнопки, которая регулирует скорость или цвет. В то время как при опросе контакта в цикле можно прочитать значение входа кнопки командой dig i talRead() только один раз и имеющиеся в цикле loop() "медленные" операции снижают эффективность контроля входа кнопки.
Для некоторых задач, где требуется быстрый сбор данных, прерывания являются необходимостью. Один из примеров - энкодер, смонтированный на двигателе постоянного тока, отправляющий в микроконтроллер импульс при определенном числе оборотов вала. Так осуществляется следящая обратная связь за скоростью вращения двигателя постоянного тока. Это позволяет динамически регулировать скорость в зависимости от нагрузки или отслеживать поворот вала двигателя. Но в такой системе исключительно важно быть уверенным, что плата Arduino получает каждый импульс. Поскольку импульсы очень короткие (намного короче импульса при нажатии кнопки), то при опросе в цикле loop() их можно пропустить. Если энкодер посылает импульс два раза за оборот вала двигателя, то из-за пропуска одного импульса измеренная частота вращения окажется вдвое меньше истинной. Поэтому в данном случае без аппаратного прерывания не обойтись.
В большинстве плат Arduino для аппаратных прерываний выделены специальные контакты. Прерывания обозначаются с помощью идентификационного номера, которому сопоставлен определенный контакт (табл. 12.1). Исключение составляет плата Due, у которой для прерываний можно задействовать любой контакт, и номер прерывания совпадает с номером контакта.
Таблица 12.1. Аппаратные прерывания на различных платах Arduino