文章目录
1 中断的基本概念2 外部中断2.1 中断引脚与中断编号2.2 中断模式2.3 中断函数
3 定时器中断3.1 定时器的作用3.2 定时器的基本概念3.3 定时器的配置3.4 定时器中断的使用
参考
1 中断的基本概念
中断装置和中断处理中断处理程序统称为中断系统。中断（Interrupt）是计算机的一个重要概念，现代计算机普遍采用中断技术。
当计算机执行正常程序时，系统中会出现某些急需处理的异常情况和特殊请求，此时 CPU 会暂时中止现行程序，转去对随机发生的更为紧迫的事件进行处理，处理完毕后，CPU 自动返回原来的程序继续执行，此过程就叫做中断。实现中断功能的硬件和软件统称中断系统。一个完整的中断处理过程包括中断请求、中断响应、中断处理和中断返回。
中断请求 中断过程是从中断源向 CPU 发出中断请求而开始的，其中断请求信号应该至少保持到 CPU 做出响应为止。中断响应 CPU检测到中断请求后，在一定的条件和情况下进行响应。中断处理 CPU响应中断结束后，返回原先被中断的程序并继续执行。中断返回 中断返回是指把运行程序从中断服务程序转回到被中断的主程序中。
中断结构如下图所示：
我们从一个生活中的例子引入。你正在家中看书，突然电话铃响了，你放下书本，去接电话，和来电话的人交谈，然后放下电话，回来继续看你的书。这就是生活中的“中断”的现象，就是正常的工作过程被外部的事件打断了。
常见的中断有外部中断和时钟中断：
时钟中断，是指设定CPU内部定时器后，当到达指定时间，将产生中断请求。常用于定时。
外部中断，就是当CPU的外部中断管脚电平变动时，将产生中断请求。 常用于键盘输入、串口通信等。
如果没有中断的话，arduino 是一直运行 loop 内的代码，一遍一遍重复运行。当有中断产生时候，单片机会停止 loop 的代码，开始运行中断服务函数的代码，运行一遍中断服务函数后，继续回到 loop 内接着刚才运行的代码运行。
2 外部中断
外部中断是由外部设备发起请求的中断。要想使用外部中断，就需了解中断引脚的位置，根据外部设备选择中断模式，以及编写一个中断被触发后需执行的中断函数。
2.1 中断引脚与中断编号
在不同型号的 Arduino 控制器上，中断引脚的位置也不相同，只有中断信号发生在带有外部中断功能的引脚上，Arduino才能捕获到该中断信号并做出响应，下表列举了 Arduino 常见型号控制器的中断引脚所对应的外部中断编号。
Arduino 型号int0 int1 int2 int3 int4 int5
UNO
2
3
—
—
—
—
MEGA
2
3
21
20
19
18
Lernardo
3
2
0
1
—
—
DUE
所有引脚均可使用外部中断
注：表格中int0、int1等都为外部中断编号。
2.2 中断模式
为了设置中断模式，还需要了解设备触发外部中断的输入信号类型。中断模式也就是中断触发的方式，在大多数 Arduino 上支持下表中的四种中断触发方式。
模式名称说明LOW低电平出发CHANGE电平变化出发，即由高变低、由低变高RISING上升沿触发，即低电平变高电平FALLING下降沿触发，即高电平变低电平
在 Arduino Due 中，还可以使用高电平(HIGH)来触发中断，另外 Arduino Due 上的每一个 I/O 口都可以触发中断，其中断编号便是引脚编号。
2.3 中断函数
除了设置中断模式外，还需要编写一个响应中断的处理程序——中断函数，当中断被触发后，便可以让Arduino运行该中断函数。中断函数就是当中断被触发后要去执行的函数，该函数不能带有任何参数，且返回类型为空，如：
void counter()
{
count++;
}
当中断被触发后，Arduino 便会执行该函数中的语句。 这些准备工作完成后，还需要在 setup() 中使用 attachInterrupt() 函数对中断引脚进行初始化配置，以开启 Arduino 的外部中断功能，其用法如下：
（1）attachInterrupt( interrupt,function，mode) 功能：对中断引脚进行初始化配置。 参数: interrupt，中断编号，注意，这里的中断编号并不是引脚编号。 function，中断函数名，当中断被触发后即会运行此函数名称所代表的中断函数。 mode，中断模式。
attachInterrupt(0,counter,RISING);
如果使用的是 Arduino UNO 或者 MEGA 控制器，则该语句即会开启2号引脚(中断编号0)上的外部中断功能，并指定上升沿时触发该中断。当2号引脚上的电平由低变高后，该中断会被触发，而 Arduino 即会运行 counter()函数中的语句。 如果不需要使用外部中断了，则可以使用中断分离函数 detachInterrupt() 来关闭中断功能。
在使用 attachInterrupt 函数时要注意以下几点：
在中断函数中 delay 函数不能使用。使用 millis 函数始终返回进入中断前的值。读取串口数据的话，可能会丢失。中断函数中使用的变量需要定义为 volatile 型。 attachInterrupt 函数的函数原型可在文件 WInterrupts.c 中找到，如下所示:
（2）detachInterrupt( interrupt) 功能：禁用外部中断。 参数： interrupt，需要禁用的中断编号。
（3）interrupts()和nolnterrupts() interrupts 和 noInterrupts 函数在 Arduino 中负责打开和关闭总中断，函数无返回值，无参数，可以在文件 wiring.h 中查看函数原型，如下：
#define interrupts() sei()
#define noInterrupts() cli()
3 定时器中断
3.1 定时器的作用
定时器对于单片机来说就类似我们现实生活中的时钟，记录很多和时间相关的事件。在我们平时经常使用的 delay() millis() ，micros() ，delayMicroseconds() ，PWM 波生成的 analogWrite() 和 tone() 函数都是通过定时器实现的，不过这些都被 Arduino 的封装库隐藏起来了，为了让使用者更快更便捷地开发项目。 我们平常使用的 Arduino 单片机为 UNO，NANO和MEGA 2560。UNO 和 NANO 都使用的是 ATmega328 芯片，这款芯片有3个定时器，Timer0，Timer1，Timer2，其中Timer0和Timer2都是8位寄存器（256），Timer1是16位寄存器（65536），意味着更高的分辨率。mege2560 使用的是 ATmege2560 芯片，这款芯片有 6 个定时器，在328 的基础上，增加了 Timer3，Timer4，Timer5。这三个定时器都是16位的寄存器。
Arduino 型号 参数Timer0 Timer1 Timer2 Timer3 Timer4 Timer5
UNO
位数
8bit
16bit
8bit
—
—
—
对应引脚
5,6
9,10
3,11
—
—
—
封装函数
delay()，millis()和micors()等
servo库
tone()等
—
—
—
MEGA
位数
8bit
16bit
8bit
16bit
16bit
16bit
对应引脚
4,13
11,12
9,10
2,3，5
6,7,8
46,45，44
封装函数
delay()，millis()和micors()等
—
tone()等
—
—
servo库
注意：对于UNO开发板，引脚5和6的 PWM 功能输出时将产生高于预期的占空比，这是因为 millis() 和 delay() 函数共用一个内部定时器，使得内部计时器在处理PWM 时候分心，这种情况一般出现在低占空比时。MEGA 2560以此类比。
3.2 定时器的基本概念
1、寄存器 寄存器列表如下，x代表0，1，2，3，4，5这6种定时器。
寄存器作用TCCRx定时器/计数器控制寄存器；预分频器可以在这里配置TCNTx定时器/计数器寄存器OCRx输出比较寄存器ICRx输入捕捉寄存器（仅适用于16位定时器）TIMSKx定时器/计数器中断屏蔽寄存器；启用/禁用定时器中断TIFRx定时器/计数器中断标志寄存器；表示挂起的定时器中断
这里给个 Timer0 的寄存器，更多请参考技术文档。
2、预分频系数与比较匹配器
Arduino UNO 时钟以16MHz运行。计数器的一个刻度值表示 1 / 16,000,000秒（~63ns），跑完1s需要计数值16,000,000。
（1）Timer0 和 Timer2 是8位定时器，可以存储最大计数器值255。
（2）Timer1 是一个16位定时器，可以存储最大计数器值65535。
一旦计数器达到其最大值，它将回到零（这称为溢出）。因此，需要对时钟频率进行分频处理，即预分频器。通过预分频器控制定时计数器的增量速度。预分频器与定时器的计数速度如下：
定时器速度(HZ) = Arduino UNO时钟速度(16MHz) / 预分频器系数
因此，1预分频器将以16MHz递增计数器，8预分频器将在2MHz递增，64预分频器= 250kHz，依此类推。 定时器 Timer0 的预分频系数配置如表：
现在您可以用以下公式计算中断频率：
中断频率（Hz）=（Arduino时钟速度16MHz）/（预分频器*（比较匹配寄存器+ 1))
重新排列上面的等式，给出你想要的中断频率，你可以求解比较匹配寄存器值：
比较匹配寄存器= [16,000,000Hz /(预分频器*所需的中断频率)] - 1
当你使用定时器0和2时，这个数字必须小于256，对于timer1小于65536。
所以如果你想每秒一次中断（频率为1Hz）：
比较匹配寄存器= [16,000,000 /(预分频器 * 1)] -1
预分频器为1024，你得到：
比较匹配寄存器= [16,000,000 /（1024 * 1）] -1 = 15,624
因为256 <15,624 <65,536，你必须使用timer1来实现这个中断。
3、定时器模式
定时器可以配置为不同的模式。
（1）PWM模式。 纸浆宽度调制模式。 OCxy输出用于生成PWM信号
（2）CTC模式。 比较匹配时清除计时器。 当定时器计数器到达比较匹配寄存器时，定时器将被清除。
定时器 Timer0 的模式选择配置如表：
3.3 定时器的配置
请注意不同型号板子对应配置不同，详细配置请看技术文档。
int toggle0,toggle1,toggle2;
void setup(){
cli();关闭全局中断
//设置定时器0为10kHz(100us)
TCCR0A = 0;//将整个TCCR0A寄存器设置为0
TCCR0B = 0;//将整个TCCR0B寄存器设置为0
TCNT0 = 0;//将计数器值初始化为0
//设置计数器为10kHZ，即100us
OCR0A = 24;//比较匹配寄存器= [16,000,000Hz /（预分频器*所需中断频率）] - 1
//比较匹配寄存器=24,中断间隔=100us即中断频率10khz
TCCR0A |= (1 << WGM01);//打开CTC模式
TCCR0B |= (1 << CS01) | (1 << CS00); //设置CS01位为1，CS00位为1(64倍预分频)
TIMSK0 |= (1 << OCIE0A);//启用定时器比较中断
//设置定时器1为1kHz
TCCR1A = 0;//将整个TCCR1A寄存器设置为0
TCCR1B = 0;//将整个TCCR1B寄存器设置为0
TCNT1 = 0;//将计数器值初始化为0
//设置计数器为1kHZ，即1ms
OCR1A = 1999;// = (16*10^6)/(1000*8) - 1 (must be <65536)
TCCR1B |= (1 << WGM12);//打开CTC模式
TCCR1B |= (1 << CS11);//设置CS11位为1(8倍预分频)
TIMSK1 |= (1 << OCIE1A);
//设置定时器2为8kHz
TCCR2A = 0;// set entire TCCR2A register to 0
TCCR2B = 0;// same for TCCR2B
TCNT2 = 0;//initialize counter value to 0
// set compare match register for 8khz increments
OCR2A = 249;// = (16*10^6) / (8000*8) - 1 (must be <256)
// turn on CTC mode
TCCR2A |= (1 << WGM21);//打开CTC模式
// Set CS21 bit for 8 prescaler
TCCR2B |= (1 << CS21);
// enable timer compare interrupt
TIMSK2 |= (1 << OCIE2A);
sei();//打开全局中断
}
//中断0服务函数
ISR（TIMER0_COMPA_vect）{// timer0中断2Hz切换引脚13（LED）
//产生频率为10kHz / 2 = 5kHz的脉冲波
if（toggle0）{
digitalWrite（8，HIGH）;
toggle0 = 0;
}
else{
digitalWrite（8，LOW）;
toggle0 = 1;
}
}
ISR（TIMER1_COMPA_vect）{// timer1中断2Hz切换引脚13（LED）
//产生频率为2Hz / 2 = 1Hz的脉冲波
if(toggle1>=500)
digitalWrite(13,HIGH);
if(toggle1<=500)
digitalWrite(13,LOW);
toggle1 += 1;
if(toggle1 >= 1000)
toggle1 = 0;
}
ISR（TIMER2_COMPA_vect）{// timer2中断8kHz切换引脚9
//产生频率为8kHz / 2 = 4kHz的脉冲波
if（toggle2）{
digitalWrite（9，HIGH）;
toggle2 = 0;
}
else{
digitalWrite（9，LOW）;
toggle2 = 1;
}
}
//loop function
void loop（）{
}
3.4 定时器中断的使用
使用定时器中断前，必须先安装对应的 Timer 库，然后导入到 Arduino 的库文件里，并在程序中引用头文件 Timer.h 。 实例：
// 秒切换一次引脚13的电平
// 包含定时器库的头文件
#include
// 中断服务程序
void flash() {
static boolean output = HIGH;
digitalWrite(13, output);
output = !output;
}
void setup() {
pinMode(13, OUTPUT);
FlexiTimer2::set(500, flash); // 中断设置函数，每 500ms 进入一次中断
FlexiTimer2::start(); // 开始计时
}
void loop() {
}
其他 Timer 的使用基本一样，只要找到合适的库函数就能够使用，注意使用的定时器不要和你已使用的封装函数冲突，比如对于 UNO 来说，你在使用 Servo.h 的时候，就不能再使用 timer1 了，此时IDE会给你编译报错。
参考
官方教程：https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/external-interrupts/attachinterrupt/定时器和中断：https://www.robotshop.com/community/forum/t/arduino-101-timers-and-interrupts/13072Arduino定时器和中断的使用：https://www.pipipi.net/1030.htmlTimer1&Timer3库文件：https://playground.arduino.cc/Code/Timer1/Timer2库文件：https://playground.arduino.cc/Main/FlexiTimer2/