Прерывания PCINT: любой пин как вход прерывания

Геркон на двери гаража я повесил на пин 7 — просто потому, что провод от двери шёл вдоль стены к левому краю щитка, и укорачивать его не хотелось. Скетч собрался за пять минут: pinMode(7, INPUT_PULLUP), attachInterrupt(7, dver, CHANGE), в обработчике счётчик открытий. Компилятор промолчал. Залил — и получил тишину: сколько ни хлопай дверью, в мониторе ни строки. Я полчаса не доверял геркону — звонил его тестером, менял подтяжку, пережимал клеммник — пока не дошёл, что обманывал меня не контакт, а сам вызов: на Uno внешние прерывания живут только на пинах 2 и 3, а чужие пины attachInterrupt глотает без предупреждения. Об этом честно говорит урок про attachInterrupt, но я в своё время прочёл его по диагонали и вынес только правила ISR.

А выход лежал в том же чипе. У ATmega328P есть второй, тихий механизм — pin change interrupt, PCINT: смена уровня на любом из двадцати пинов способна дёрнуть обработчик. Он не умеет выбирать фронт — только сам факт смены, — зато покрывает всю макетку: цифровые пины и аналоговые входы впридачу. Плата за универсальность — структура: пины разбиты на три группы, у каждой группы один общий обработчик и по паре регистров настройки.

План урока такой: карта групп и регистров, железный скетч геркона на D7 через регистры PCICR и PCMSK2 — движок симулятора макросы ISR не исполняет, поэтому он для Arduino IDE, — грабли, которые я собрал на том гаражном щитке, и симулятор, который признаётся прямо: PCINT он не показывает, зато даёт потрогать главную разницу между прерыванием и опросом, из-за которой PCINT вообще существует.

Внутри чипа пины сгруппированы по портам, и PCINT наследует эту разбивку. Порт B — это пины D8-D13, порт C — аналоговые входы A0-A5, порт D — D0-D7. У каждого пина есть свой бит в линии наблюдения: у D7 это PCINT23, у A3 — PCINT11. Всего двадцать линий против двух каналов INT0 и INT1. Номер линии не совпадает с номером пина — на этом спотыкаются первым делом: биты идут сквозным счётом по портам, 0-5 на порт B, 8-13 на порт C, 16-23 на порт D.

Регистров на группу пара. Маска PCMSK0, PCMSK1 или PCMSK2 решает, какие пины группы слушать: единица в бите — пин под наблюдением. Регистр-выключатель PCICR с битами PCIE0, PCIE1, PCIE2 разрешает саму группу — без него маска хоть вся из единиц, событий ноль. Есть и регистр флагов PCIFR, но в скетчах его обычно не трогают: флаг сбрасывается сам при входе в обработчик.

Самая важная цена PCINT — один вектор на всю группу. Обработчик PCINT2_vect зовётся, когда дрогнул любой из восьми пинов порта D, и не сообщает, какой именно. Поэтому в нём сравнивают текущее состояние порта — регистр PINB, PINC или PIND — с сохранённой копией: XOR покажет, какие биты изменились. Библиотеки вроде PinChangeInt прячут эту рутину за привычным вызовом в духе attachInterrupt, но механику я советую понять руками: она же объясняет, почему у PCINT нет режимов RISING и FALLING — железо сообщает только о смене, а какой была смена, решаете вы по новому уровню бита.

Разбор по строкам. PCICR |= (1 << PCIE2) включает группу порта D; PCMSK2 |= (1 << PCINT23) подводит наблюдение к конкретному пину D7 — остальные семь пинов порта остаются шумными, но невидимыми. В setup() сперва запишите первую копию PIND и только потом включайте прерывания: иначе первое событие придёт от сравнения с нулём, и счётчик дверей начнёт с фантомного открытия.

Внутри ISR(PCINT2_vect) три шага: XOR состояния с копией, обновить копию, проверить нужный бит. Проверка бита обязательна, даже если замаскирован один пин: я однажды повесил параллельно светодиод на D6 того же порта — и счётчик открытий рос от его миганий, потому что сверка с копией была, а проверки бита D7 не было. Правила гигиены те же, что в уроке про прерывания: volatile на разделяемые переменные, никакого Serial и delay внутри обработчика, вся логика — в loop().

Если нужен только переход с высокого на низкий, фильтруйте по новому состоянию: после XOR прочитайте бит PIND и сравните с нулём. Дребезг геркона PCINT ловит так же честно, как ловил бы INT0, — программный антидребезг из урока про кнопку никуда не уходит; моему геркону хватает окна в 50 мс и копии времени последнего принятого события.

Движок PCINT-регистры не эмулирует, и врать не будем: в макетке ниже — аналогия. Кнопка D2 сидит на честном аппаратном прерывании через attachInterrupt: канал INT0 и так слушает свой пин, PCINT там не нужен. А смены тумблера D3 вылавливает опрос в loop(): сравнение с прошлым значением — та же работа, с которой я начинал историю про энкодер. Эта пара и показывает нишу PCINT: на реальной плате он делает для D3 ровно то, что я тут делаю руками, — только без занятого loop() и без пропусков.

Светодиод мигает из обработчика: каждое нажатие D2 переворачивает его состояние. Счётчик irq= считает фронты D2, pol= — смены тумблера, d3= показывает текущий уровень. Самое интересное — сломать опрос нарочно: вставьте в loop() паузу побольше и пощёлкайте тумблером быстро — pol начнёт пропускать смены, пока irq не потеряет ни одной. На плате эту пропажу снимает PCINT ценой двух строк регистров.

После игры с макеткой зафиксирую два практических вывода. PCINT — не замена attachInterrupt, а расширение: если пин 2 или 3 свободен, INT-канал удобнее, потому что различает фронты сам и не требует сравнения с копией порта. А если событий несколько и они попали в один порт — не плодите обработчики: один ISR, заводите по флагу на каждый замаскированный бит и разбирайте флаги в loop(); логика та же, к которой приводит конечный автомат светофора, — событие только взводит состояние, решения принимает главный цикл.

И третье — связка со сном. PCINT — единственный способ услышать смену на не-INT пине из power-down: чип проснулся по геркону на D7, сосчитал событие и снова уснул. Этим мы займёмся дальше: в следующем уроке триплета — сон по кругу на библиотеке LowPower, а база режимов сна и арифметика батарейки уже разобраны в уроке про watchdog и сон. Оттуда же возьмите главное предостережение: Uno с её обвязкой для батарейных узлов не годится, и оба следующих урока написаны под Pro Mini и голый чип.