9. C++ ขั้นสูง: interrupt, PROGMEM, บิต

สามเรื่องนี้ไม่จำเป็นกับการสั่งโดรนวันแรก แต่โค้ดของชมรมใช้อยู่เบื้องหลัง และจะช่วยเมื่อ RAM เต็มหรือจังหวะผิด

1. Interrupt: ให้ฮาร์ดแวร์เรียกเราCopy Anchor Link

ปกติ loop() ทำทีละบรรทัดตามลำดับ ถ้า FC ส่งปุ่มมาระหว่างที่ loop() กำลัง delay(3000) จะรับทันไหม คำตอบคือรับทัน เพราะรับด้วย interrupt ฮาร์ดแวร์หยุดงานปัจจุบัน ไปรันฟังก์ชันที่ลงทะเบียนไว้ แล้วกลับมาทำต่อจากเดิม

โค้ดชมรมใช้อยู่แล้วโดยไม่รู้ตัว

// protocol.cpp
Wire.onRequest(requestEvent);
Wire.onReceive(receiveEvent);

void Arduino::receiveEvent(int howMany) {
  while (1 < Wire.available()) {
    char c = Wire.read();
  }
  int x = Wire.read();
  m_remoteKey = x;
}

receiveEvent ไม่ได้ถูกเรียกจาก loop() ไหนเลย ฮาร์ดแวร์ I2C เรียกเองเมื่อไบต์มาถึง ผลคือ m_remoteKey เปลี่ยนแม้ loop() กำลังรอ แล้ว keyDo ค่อยอ่านค่านั้นตอนวนมาถึง

ตัวอย่างชีวิตจริง: กริ่งหน้าบ้านCopy Anchor Link

คุณนั่งทำการบ้าน (loop) ไม่ได้เดินไปเปิดประตูทุก 10 วินาที เมื่อกริ่งดัง (interrupt) คุณหยุด ไปรับพัสดุ (ISR) แล้วกลับมาทำการบ้านต่อ

กฎของ ISRCopy Anchor Link

• สั้นและเร็ว ห้าม delay() ใน ISR ตั้งธงแล้วออก
• ตัวแปรที่ ISR แก้ ต้องประกาศ volatile เพื่อบอกคอมไพเลอร์ว่าค่าเปลี่ยนได้นอกสายตา

ตัวอย่างปุ่มบนขา 2 (ทดสอบคอมไพล์สำหรับ Nano แล้ว)

volatile bool buttonPressed = false;

void onButtonPress() {
  buttonPressed = true;
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(2, INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), onButtonPress, FALLING);
}

void loop() {
  if (buttonPressed) {
    buttonPressed = false;
    Serial.println("pressed");
  }
}

Nano มีขา interrupt ภายนอกแค่ขา 2 และ 3 (FALLING = ขาเปลี่ยนจากสูงเป็นต่ำ) หมายเหตุ ขา 3 คือ PORT4 ของโดรนที่ใช้ยิง จึงไม่ควรเอาไปใช้กับปุ่ม

ปิด interrupt ชั่วคราวCopy Anchor Link

พัลส์เซอร์โวต้องการจังหวะแม่น ถ้ามี interrupt แทรกกลางพัลส์ ความกว้างจะยืดและเซอร์โวสั่น ชมรมจึงปิดชั่วขณะ

// shooting.ino
noInterrupts();
digitalWrite(pin, HIGH);
delayMicroseconds(pulse_us);
digitalWrite(pin, LOW);
interrupts();

ปิดนานเกินจะพลาดข้อมูล I2C ที่เข้ามา จึงปิดเฉพาะช่วงพัลส์ที่ยาวไม่เกิน 2.4 ms แล้วเปิดคืนก่อนรอช่วงต่ำ

2. PROGMEM: เก็บข้อมูลใน FlashCopy Anchor Link

Nano มี Flash 32 KB ที่เก็บโปรแกรม (ใช้ได้จริง 30,720 ไบต์ เพราะ bootloader กินส่วนหนึ่ง) แต่ RAM แค่ 2 KB ข้อมูลที่ไม่เปลี่ยนค่า เช่น ตารางเลข หรือข้อความยาว ควรเก็บใน Flash เพื่อไม่ให้ RAM เต็ม

#include <avr/pgmspace.h>

const int pulseTable[] PROGMEM = {600, 1150, 1500, 1900, 2400};

int p = pgm_read_word(&pulseTable[2]);   // ได้ 1500

• PROGMEM บอกให้ใส่ตารางใน Flash
• ต้องอ่านกลับด้วย pgm_read_word (สำหรับ 2 ไบต์) ใช้ pulseTable[2] ตรงๆ จะได้ค่ามั่ว เพราะ Flash กับ RAM เป็นคนละที่ที่ชิปอ่านด้วยคำสั่งต่างกัน
• สำหรับข้อความใช้ F("...") ได้ เช่น Serial.println(F("hello")) ไม่กิน RAM

เมื่อไหร่ควรใช้: ตอนที่ขึ้น Low memory available หรือ Global variables use ... (80%) ตอนนี้โปรเจกต์ชมรมใช้ RAM 389 จาก 2,048 ไบต์ (18%) ยังไม่ต้องใช้ ตารางพัลส์ในโค้ดจริงใช้ const int ธรรมดา

3. บิต: ตัวเลขคือแถวของสวิตช์Copy Anchor Link

ไบต์หนึ่งมี 8 บิต แต่ละบิตเป็น 0 หรือ 1 เหมือนสวิตช์ 8 ตัว ใช้เก็บสถานะหลายอย่างในไบต์เดียว หรือคุมขาของชิปโดยตรง

byte reg = 0b00000000;
reg |= (1 << 3);    // เปิดบิต 3  → 00001000
reg &= ~(1 << 3);   // ปิดบิต 3   → 00000000
reg ^= (1 << 3);    // สลับบิต 3  → 00001000
if (reg & (1 << 3)) { /* บิต 3 เปิดอยู่ */ }

• 1 << 3 เลื่อนเลข 1 ไปทางซ้าย 3 ตำแหน่ง ได้ 00001000 (เท่ากับ 8)
• |= OR: เปิด
• &= ~ AND กับค่ากลับบิต: ปิด
• ^= XOR: สลับ

โค้ดชมรมใช้บิตจริงที่ตำแหน่งนี้ ตอนแตกเลข 16 บิตเป็นสองไบต์ในบัฟเฟอร์ I2C

// protocol.cpp
m_i2cData[4] = (angle >> 8);        // ไบต์สูง = เลื่อนขวา 8 บิต
// protocol.cpp
return (uint16_t)m_externData[0] | ((uint16_t)m_externData[1] << 8);   // ประกอบกลับ

ถ้าชมรมจะเขียนขาโดยตรงแทน digitalWrite ก็ทำได้ เช่น ขา 13 บน Nano คือบิต 5 ของ PORTB (PORTB |= (1 << 5);) เร็วกว่ามาก แต่ความเร็วระดับนั้นยังไม่จำเป็นกับเซอร์โว

ลองทำCopy Anchor Link

1. ใส่ 0b00001010 ลงตัวแปร reg แล้วเปิดบิต 0 ด้วย |= ได้ค่าอะไร (คำตอบ: 00001011)
2. คำนวณว่า 1500 >> 8 ได้เท่าไร และ 1500 & 0xFF ได้เท่าไร (คำตอบ: 5 และ 220, เพราะ 1500 = 5×256 + 220)
3. ใน loop() เพิ่ม Serial.println(Arduino::m_remoteKey); ชั่วคราว (ตัวแปรนี้เป็น public static) กดปุ่มรีโมทแล้วดูเลขปุ่มที่ไหลมาจาก interrupt

พังตรงไหนบ่อยCopy Anchor Link

• ISR มี delay() หรือ Serial.print ยาว ค้างหรือพลาดเหตุการณ์ ตั้งธงแล้วออก
• ลืม volatile loop() ไม่เห็นว่าค่าเปลี่ยน เพราะคอมไพเลอร์เก็บค่าเก่าไว้
• อ่าน PROGMEM ตรงๆ ได้ค่ามั่ว ต้อง pgm_read_*
• ปิด interrupt แล้วลืมเปิด millis() หยุดเดิน โปรแกรมค้าง
• สลับ | กับ || | ทำกับบิต || ทำกับเงื่อนไข ผลต่างกันมาก