آموزش رزبری پای پیکو با میکروپایتون بخش دهم: Interrupt وقفه میکروپایتون

وقفه یا اینتراپت Interrupt برای مدیریت بخشی از برنامه در پایتون و میکروپایتون فراخوانی می‌شود. تصور کنید چندین کلید برای فرمان به یک خروجی لامپ در محلی تعبیه شده است. اگر هر شخص به صورت چداگانه کلید را بزند، پردازنده بایستی به روش پولینگ Polling مدام بررسی کند که کدام کلید زده شده است و به همین روش تمامی منابع میکروکنترلر مصرف می‌شود. اما راه حل جایگزین چیست؟ در ادامه به معرفی و کاربرد تابع وقفه در برنامه نویسی میکروپایتون خواهیم پرداخت. در ادامه وقفه میکروپایتون با مرجع تخصصی میکروپایتون با رزبری پای به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.

 

---

کاربرد Handler Interrupt

---

Interrupt Handler یک فانکشن پایتون است که زمانی فراخوانی می‌شود که یک عملی را انجام داده شود. ISR بهترین راه برای شناسایی این رخدادهای خارجی هستند و در مقایسه با متد پولینگ Polling که ناکارآمد است، ارجحیت داده می‌شود. در روش پولینگ polling تصور کنید، یک کلید و یک ال ای دی دارید، برای مدیریت هر کلید بایستی مدام بررسی کند که آیا کلید زده شده است یا خیر و با تکرار اینکار مدام منابع میکروکنترلر مصرف خواهد شد. در روش Interrupt هر کلید پس از تغییر وضعیت، وضعیتش را به CPU اطلاع میدهد و سرعت انتقال پیام بسیار بالا است.

 

---

معرفی تابع وقفه Handler Interrupt

---

جهت معرفی تابع وقفه در کد میکروپایتون در برد رزبری پای پیکو بایستی ۳ اصل را رعایت و با توجه به نیاز پروژه در کد اضافه کنیم. متد IRQ که مخفف Interrupt Request است، به اولویت پاسخ دهی به درخواست ها جهت پردازش توسط CPU اشاره می‌کند. با فراخوانی متد IRQ به پردازنده اعلام می‌کنیم به تمامی درخواست های ارسالی واکنش نشان داده و بر اساس نوع درخواست تریگر کند. چهار روش برای تریگر پایه وقفه در کد برنامه قابل تعریف است.

def handler_Interrupt(pin)

input = Pin(2, Pin,IN)

input.irq(trigger = Pin.IRQ_RISING, or trigger = Pin.IRQ_FALLING, or trigger = Pin.IRQ_LOW_LEVEL, or trigger =Pin.IRQ_HIGH_LEVEL trigger= Pin.IRQ_FALLING || Pin.IRQ_RISING, handler = handler_Interrupt)

 

 

• LEVEL HIGH
• LEVEL LOW
• POSITIVE EDGE
• NEGATIVE EDGE

 

• تریگر در لبه بالارونده RISING

اگر بخواهیم وقفه زمانی رخ دهد که سطج پالس پین از LOW به HIGH حرکت کند و تغییر کند از RISING EDGE استفاده می‌کنیم. روش فراخوانی به صورت زیر است:

Pin.IRQ_RISING

 

• تریگر در لبه پایین رونده FALLING

اگر بخواهیم وقفه زمانی رخ دهد که سطج پالس پین از HIGH به LOW حرکت کند و تغییر کند از FALLING EDGE استفاده می‌کنیم. روش فراخوانی به صورت زیر است:

Pin.IRQ_FALLING

 

• تریگر در لبه بالارونده یا پایین رونده 

اگر بخواهیم وقفه زمانی رخ دهد که سطج پالس هر تغییری را تشخیص داد، به عنوان وقفه شناسایی کند، از هردو استفاده خواهیم کرد:

Pin.IRQ_FALLING || Pin.IRQ_RISING

 

• تریگر در سطح صفر LOW

اگر بخواهیم وقفه در سطح صفر LOW رخ دهد، به صورت زیر تعریف می‌کنیم:

Pin.IRQ_LOW_LEVEL

 

• تریگر در سطح VCC HIGH

اگر بخواهیم وقفه در سطح VCC HIGH رخ دهد، به صورت زیر تعریف می‌کنیم:

Pin.IRQ_HIGH_LEVEL

 

آرگومنت بعدی فراخوانی تابع وقفه نوشته شده است که به صورت زیر اضافه می‌شود:

handler: Handler_Interrupt()

 

---

تست کد وقفه در میکروپایتون

---

جهت تست از Thonny IDE استفاده خواهیم کرد. برد رزبری پای پیکو را به سیستم متصل کرده و از نصب فریمور میکروپایتون بر روی برد اطمینان داشته باشد. سپس کد را کپی و به IDE انتقال دهید. سپس آن را با یک نام و پسوند py در کامپیوتر یا رزبری پای پیکو ذخیره و اجرا کنید. برای تست به یک کلید نیاز داریم. کلید را به پایه شماره GP14 از برد رزبری پای پیکو متصل کنید.

 

from machine import Pin
import time
buttonstate = 0

def handler_interrupt(change):
    global buttonstate
    buttonstate +=1

button= Pin(14, Pin.IN)
button.irq(trigger = Pin.IRQ_FALLING, handler = handler_interrupt)
lastbutton = 0

while True:
    if lastbutton != buttonstate:
        print('button', buttonstate)
        lastbutton = buttonstate
    
    

 

تحلیل کد میکروپایتون وقفه

در قدم اول بایستی از ماژول machine پایه Pin را فراخوانی کنیم. برای زمان بندی به Time نیاز داریم.

from machine import Pin
import time

 

هدف در این کد این است که با هر بار زدن کلید، .وقفه رخ داده و یک واحد به عدد قبلی کلید اضافه کرده و تعداد کلیک شدن را شمارش کند. برای این منظور یک متغیر برای وضعیت کلید در برنامه تعریف می‌کنیم.

buttonstate = 0

 

مهترین بخش نوشتن تابع وقفه برای معرفی Interrupt به برنامه است. تابع وقفه را در برنامه وارد می‌کنیم.

def handler_interrupt(change):
    global buttonstate
    buttonstate +=1

button= Pin(14, Pin.IN)
button.irq(trigger = Pin.IRQ_FALLING, handler = handler_interrupt)
lastbutton = 0

 

در قدم بعدی میخواهیم با هر بار زدن کلید، وضعیت جدید اضافه شده و سپس یک واحد به مقدار قبلی اضافه کرده و هر بار وضعیت کلید را آپدیت کند.

while True:
    if lastbutton != buttonstate:
        print('button', buttonstate)
        lastbutton = buttonstate

 

برای تست برنامه کلید را به صورت زیر به یکی از پایه های رزبری پای پیکو متصل کنید.

 

 

 

---

به روز رسانی کد وقفه میکروپایتون

---

با اجرای کد متوجه خواهید شد که در بعضی مواقع پالس از حالت پایدار به حالت ناپایداری میرسد و ممکن است تا رسیدن به سطح پایدار بعدی مدت زمانی سپری شود که عملا در روند اجرای پروژه نویز و خطا ایجاد می‌کند. برای رفع این مشکل بایستی از بازه ی زمانی استفاده کنیم. زمان رو محاسبه کرده و سپس شمارشگر بر حسب میلی ثانیه را برمیگرداند.

 

import utime
from machine import Pin


buttonstate = 0 
lasttime = 0 
button = Pin(16, Pin.IN, Pin.PULL_DOWN)

def button_pressed_handler(pin):
    global buttonstate, lasttime
    newtime = utime.ticks_ms()
  
    if (newtime - lasttime) > 200: 
        buttonstate +=1
        lasttime = newtime


button.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING, handler = button_pressed_handler)


lastpress = 0
while True:
    if lastpress != buttonstate:
        print('button', buttonstate)
        lastpress = buttonstate
    

 

مجدد کد را بررسی کنید. با هر زدن کلید، یک عدد به کلید اضافه شده و تعداد دفعات کلیک شدن بر روی shell نمایش داده می‌شود. مدت زمان شروع را محاسبه کردیم و سپس ۲۰۰ میلی ثانیه فرصت داده شد، تا توسط پردازنده بررسی شود، آیا کلید فشرده شده است یا خیر و سپس اقدامات بعدی صورت گیرد.

 

 

---

اتصال کلید به رزبری پای پیکو

---

جهت اتصال کلید به رزبری پای پیکو همانند تصویر کلید را در مرکز برد بورد قرار دهید. سپس پایه اول از سمت چپ را به پایه ۳٫۳ ولت رزبری پای پیکو متصل کنید. پایه کناری در همان ردیف کلید را با یک سیم دیگر به پایه GP که در کد مشخص کرده اید، متصل کنید.

 

---

وسایل مورد نیاز

---

رزبری پای پیکو

برد بورد

کلید 

 

---

جمع بندی لیدی پای

---

در بخش دهم از سری آموزش های میکروپایتون با رزبری پای پیکو یکی از سرفصل های مهم در کدنویسی میکروکنترلرها یعنی اجرای وقفه را تست و اجرا کردیم.عملا بدون استفاده از وقفه کدی که برای اجرای یک تسک در برنامه مینویسیم ممکن است با خطاهای بسیاری رو به رو باشد و هیچ وقت متوجه روش حل مشکل نشویم. با وارد کردن تابع وقفه در برنامه و استفاده از بازه های زمانی عملکرد ورودی و خروجی دقیق تر شده و منابع کمتری از CPU به هدر خواهد رفت.

 

چنانچه در مراحل راه اندازی و انجام این پروژه با مشکل مواجه شدید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در کدها و یا مراحل اجرایی وجود دارند می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.