ESP32外部中断原理详解及代码示例

一、为什么要使用中断

ESP32是一个集成了Wi-Fi、蓝牙并支持低功耗的微控制器。它有许多GPIO（通用输入/输出）引脚，可以用于连接各种外部设备，如传感器、按钮、开关等。
在使用这些外部设备时，我们经常需要知道它们何时发生了变化，比如按钮是否按下，传感器是否检测到了某个信号。为了检测这些变化，ESP32提供了中断功能，当GPIO引脚状态发生改变时，ESP32可以立即暂停当前任务并开始处理中断程序。这样可以大大提高系统的实时性和响应速度。
外部中断的处理需要一定的硬件和软件支持，因此只有特定的GPIO引脚才能用于外部中断。ESP32的所有GPIO引脚（除了34-39之外）都可以被配置为中断引脚，其中一些引脚还具有额外的功能，如触摸感应和内部上拉电阻。

使用外部中断有以下几个好处：

1. 实时响应：外部中断可以立即暂停当前任务并执行中断程序，因此可以实现对外部事件的实时响应。比如，当按下按钮时，可以立即触发中断处理程序，而不需要在主循环中轮询按钮状态。

2. 节省CPU资源：外部中断的处理由硬件负责，不需要CPU持续监测输入状态。这样可以节省CPU的资源，使得CPU可以处理其他任务，提供更好的系统性能。

3. 减少功耗：通过使用外部中断来检测外部事件，可以让系统进入低功耗状态，只有当中断事件发生时才唤醒系统处理。这在对功耗要求较高的应用中尤为重要，可以延长电池寿命或降低能耗。

4. 精准触发：外部中断可以通过配置边沿触发方式（上升沿、下降沿或双边沿）以及滤波选项，实现对特定事件的精确触发。这对于需要高精度的事件检测和计时非常有用，如测量脉冲宽度或计数器应用。

5. 提高系统可靠性：使用外部中断可以减少出错的可能性。由于中断是硬件级别的，不容易受到软件逻辑控制的干扰，因此可以提高系统的可靠性和稳定性。

总之，使用外部中断可以实现实时响应、节省CPU资源、降低功耗，并且具有精准触发和提高系统可靠性的优势。在需要对外部事件进行快速和可靠处理的应用中，使用外部中断是一个非常有效的方法。

二、中断原理

在单片机中，中断是指当 CPU 在正常处理主程序时，突然发生了另一件事件 A（中断发生）需要 CPU 去处理，这时 CPU 就会暂停处理主程序（中断响应），转而去处理事件 A（中断服务）。当事件 A 处理完以后，再回到主程序原来中断的地方继续执行主程序（中断返回）。这一整个过程称为中断。

 三、中断分类

 中断可以根据中断源分为 硬件中断 和 软件中断：

1. 硬件中断：也被称为外部中断，硬件中断响应外部硬件事件而发生。例如，当检测到触摸时会发生触摸中断，而当 GPIO 引脚的状态发生变化时会发生 GPIO 中断。GPIO 中断和触摸中断属于这一类；
2. 软件中断：当触发软件事件（例如定时器溢出）时，会发生这种类型的中断。定时器中断是软件中断的一个例子。

注意:ESP32 无法使用 MicroPython 设置中断的优先级。 

ESP32 的外部中断有上升沿、下降沿、低电平、高电平触发模式。上升沿和下降沿触发如下：

 四、实例

通过外部中断实现按键控制 LED。

 

from machine import Pin
 
button = Pin(14, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)
 
# 配置中断模式
button.irq(handler, trigger)

外部中断通过 Pin 模块来配置。

其中 button.irq(handler, trigger) 是配置中断模式，参数意义：

• handler: 中断执行的回调函数；
• trigger: 触发中断的方式，共 4 种，分别是 Pin.IRQ_FALLING（下降沿触发）、Pin.IRQ_RISING（上升沿触发）、Pin.IRQ_LOW_LEVEL（低电平触发）、Pin.IRQ_HIGH_LEVEL（高电平触发）。

完整代码

 实例1：

import time
from machine import Pin
 
button = Pin(14, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)
 
led = Pin(2, Pin.OUT)
 
# 定义 button 的外部中断函数
def button_irq(button):
    time.sleep_ms(80)
    if button.value() == 1:
        led.value(not led.value())
 
button.irq(button_irq, Pin.IRQ_RISING)

实例2：

'''
该程序作用是使用外部中断控制按键输入
在线文档：https://docs.geeksman.com/esp32/MicroPython/15.esp32-micropython-interrupt.html
'''
import time
from machine import Pin
 
 
# 定义 PIN 引脚对象
button = Pin(14, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)
led = Pin(2, Pin.OUT)
 
 
# 定义外部中断函数
def button_irq(button):
    # 按键消抖
    time.sleep_ms(10)
    if button.value() == 1:
        led.value(not led.value())
        
        
# 绑定中断函数
button.irq(button_irq, Pin.IRQ_RISING)

实例3（Arduino）

/*
  该程序的作用是实现在串口屏中显示中断触发信息
  在线文档：https://docs.geeksman.com/esp32/Arduino/15.esp32-arduino-interrupt.html
*/
 
#define BUTTON 14
 
 
// 定义可以在外部中断函数内部使用的变量
volatile bool flag = false;
 
void handle_interrupt() {
  flag = true;
}
 
 
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(BUTTON, INPUT_PULLDOWN);
 
  // 配置中断引脚
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(BUTTON), handle_interrupt, FALLING);
}
 
 
void loop() {
  if (flag) {
    Serial.println("外部中断触发了");
    flag = false;
    }
  
}