attachInterrupt()

Зачем нужны прерывания

Представьте, что вам нужно отслеживать щелчки поворотного энкодера, кнопку, монету в монетоприёмнике или сигнал от инфракрасного датчика — и при этом делать что-то ещё в основном цикле. Если опрашивать вывод вручную в loop(), короткие импульсы легко пропустить: пока выполняется другой код, сигнал уже пришёл и ушёл.

Внешние прерывания решают эту проблему: как только на выводе меняется уровень сигнала, микроконтроллер немедленно прерывает текущий код, вызывает заранее назначенную функцию-обработчик (ISR) и после её завершения возвращается к прерванному месту. Основная программа при этом не занимается постоянным опросом — она просто продолжает свою работу.

Синтаксис

• attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), ISR, mode) — рекомендуемый вариант
• attachInterrupt(interrupt, ISR, mode) — устаревший, не рекомендуется
• attachInterrupt(pin, ISR, mode) — устаревший; работает только на платах Arduino SAMD, UNO WiFi Rev2, Arduino Due и 101

Для нового кода всегда используйте первый вариант с digitalPinToInterrupt(pin) — он переносим между платами.

Параметры

• interrupt — номер прерывания, полученный через digitalPinToInterrupt(). Тип данных: int.
• pin — номер физического вывода Arduino, к которому подключён сигнал.
• ISR — функция-обработчик (ISR), которая будет вызвана при срабатывании прерывания. Не принимает параметров и ничего не возвращает.
• mode — условие срабатывания. Допустимые значения:
• LOW — вывод удерживается на низком уровне
• CHANGE — любое изменение уровня (LOW → HIGH или HIGH → LOW)
• RISING — фронт: переход от LOW к HIGH
• FALLING — спад: переход от HIGH к LOW

На платах Arduino Due, Zero и MKR1000 дополнительно доступно:

• HIGH — вывод удерживается на высоком уровне

Возвращаемое значение

Функция ничего не возвращает.

Пример кода

const byte ledPin = 13;
const byte interruptPin = 2;  // входной пин, к которому будет привязано прерывание
volatile byte state = LOW;  // переменная, которая будет обновляться в ISR

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

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

void blink() {
  state = !state;
}

Как правильно указывать вывод

Первый аргумент attachInterrupt() — это не номер физического вывода, а номер прерывания. Чтобы не запоминать таблицу соответствий и не писать код, привязанный к конкретной плате, используйте digitalPinToInterrupt(pin): он сам вернёт нужный номер прерывания для любого поддерживаемого вывода.

Например, для вывода 3 первый аргумент attachInterrupt() записывается как digitalPinToInterrupt(3).

Таблица выводов с прерываниями

Набор выводов, поддерживающих прерывания, и их номера отличаются от платы к плате. Именно поэтому прямое указание числа вместо digitalPinToInterrupt() — источник трудноуловимых ошибок при переносе скетча.

В старых скетчах можно встретить прямые номера: 0 (вывод 2) и 1 (вывод 3). Это работало на классических AVR-платах, но на других платах эти числа означают совсем другие выводы.

В таблице ниже номера прерываний — это те значения, которые нужно передать в attachInterrupt(). Обратите внимание: по историческим причинам нумерация не всегда совпадает с нумерацией прерываний в самом чипе ATmega (например, int.0 соответствует INT4 на чипе ATmega2560).

Для плат UNO WiFi Rev2, Arduino Due, Zero, семейства MKR и 101 номер прерывания совпадает с номером вывода.

Правила написания ISR

ISR — особый вид функции с жёсткими ограничениями:

• Не принимает параметров и ничего не возвращает.
• Должна быть максимально короткой и быстрой: пока выполняется ISR, другие прерывания ждут своей очереди.
• Если в скетче несколько ISR, одновременно работает только одна; остальные выполнятся по очереди после её завершения.
• millis() не увеличивается внутри ISR, потому что сам зависит от прерываний.
• delay() внутри ISR не работает по той же причине.
• micros() поначалу работает, но примерно через 1–2 мс начинает давать непредсказуемые результаты.
• delayMicroseconds() не использует счётчик прерываний и работает корректно.

Чтобы передавать данные между ISR и основным кодом, используйте глобальные переменные. Любую переменную, которую ISR изменяет, а основной код читает (или наоборот), объявляйте как volatile — иначе компилятор может оптимизировать её чтение и основная программа не увидит обновлённого значения.

Где применяется

• Поворотный энкодер — подсчёт импульсов на RISING или CHANGE без риска пропустить шаг.
• Кнопка с обработкой нажатия — реакция на FALLING без постоянного опроса в loop().
• Монетоприёмник или фотопрерыватель — фиксация короткого импульса, который легко пропустить при опросе.
• Сигнал готовности от внешнего устройства — например, датчик сообщает о готовности данных через вывод INT.

Практические замечания

• Всегда используйте digitalPinToInterrupt(pin) вместо прямого числа — это единственный переносимый способ.
• Объявляйте все переменные, которые меняются в ISR, с ключевым словом volatile.
• Не вызывайте delay() и не рассчитывайте на корректную работу millis() внутри ISR.
• Если используете режим LOW, ISR будет вызываться непрерывно, пока вывод остаётся низким — это легко приводит к зависанию. Такой режим нужен только для специфических задач.
• Последовательные данные (Serial), поступающие во время выполнения ISR, могут быть потеряны — не делайте обработчик длиннее необходимого.
• Для отладки ISR удобно устанавливать флаг volatile bool внутри обработчика, а уже в loop() реагировать на него и выводить информацию через Serial Monitor.

Дополнительную информацию о прерываниях см. Заметки Ника Гэммона.