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Comment utiliser des interruptions en MicroPython avec une RPi Pico ?

En électronique, une interruption est un signal envoyé à un processeur qui lui indique qu’une tâche importante doit être exécutée immédiatement, interrompant ainsi le programme en cours.

Les interruptions peuvent être déclenchées de manières diverses, par exemple par un événement externe, un timer interne… Elles permettent de réaliser des tâches de manière asynchrone, en dehors du programme principal.

Les interruptions en MicroPython

En pratique, les interruptions sont généralement utilisées pour :

  • Exécuter des portions de code critique lorsqu’un évènement extérieur se produit, par exemple lorsqu’on appuie sur un bouton et que cela déclenche automatiquement une fonction Python.

  • Exécuter périodiquement des fonctions, par exemple pour faire clignoter une LED toutes les 5 secondes.

Sans utiliser les interruptions, il est possible de créer un script qui allume une LED quand on appuie sur un bouton. Cependant, cette méthode a deux défauts majeurs.

from machine import Pin

pin_button = Pin(14, mode=Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP)
pin_led    = Pin(25, mode=Pin.OUT)

while True:
    if not pin_button.value():
        pin_led.on()
    else:
        pin_led.off()

Le premier inconvénient est que le script passe son temps à surveiller la valeur de la broche pin_button pour savoir si le bouton a été pressé. Le script ne peut pas faire grand-chose en plus, car sinon le deuxième problème se produira : manquer des événements. Si le script effectue d’autres tâches dans la boucle, il risque de manquer la pression temporaire du bouton.

L’avantage d’utiliser une interruption matérielle est que la détection est complètement séparée du processeur (et donc du script Python). Avec une interruption, la boucle while du script sera vide. Le matériel responsable de la détection est également beaucoup plus réactif que le script MicroPython.

Note

Avec les interruptions, il n’est plus nécessaire de surveiller constamment la valeur d’un pin : une fonction est automatiquement exécutée lorsqu’un changement est détecté.

Que ce soit avec un timer ou un événement externe, l’interruption est déclenchée lorsqu’il y a un changement de signal. Découvrons les différentes possibilités 😊.

Déclencher une interruption matérielle : les modes de détection

La détection d’un événement est basée sur l’allure du signal qui arrive à la broche.

Détection des évènements sur un signal numérique

Différents modes de détection

Note

Les modes RISING et FALLING sont les plus couramment utilisés. Notez que si vous utilisez les modes LOW et HIGH , l’interruption se déclenchera en boucle tant que le signal ne change pas d’état.

Voici les différents types de détection d’interruption possibles :

  • Pin.IRQ_LOW_LEVEL : Déclenche l’interruption lorsque le signal est à 0V

  • Pin.IRQ_HIGH_LEVEL : Déclenche l’interruption lorsque le signal est à 3.3V

  • Pin.IRQ_RISING : Déclenche l’interruption lorsque le signal passe de LOW à HIGH (De 0V à 3.3V)

  • Pin.IRQ_FALLING : Déclenche l’interruption lorsque le signal passe de HIGH à LOW (De 3.3V à 0V)

Configurer et utiliser les interruptions en MicroPython sur la Pico

Un script Python squelette pour comprendre

Voici un script squelette en MicroPython qui vous permet de déclencher une interruption externe via un signal reçu par votre Pi Pico :

from machine import Pin

pin_button = Pin(14, mode=Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP)

def interruption_handler(pin):
    ...

pin_button.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING,handler=interruption_handler)

while True:
    ...

Le code utilise la fonction Pin.irq() pour créer une demande d’interruption à partir d’un signal descendant appliqué sur la broche pin_button .

Note

irq signifie Interrupt Request , ou en français, demander une requête d’interruption. On emploie également le mot isr pour désigner la routine d’interruption, c’est-à-dire la fonction qui va être exécutée suite à l’interruption (ici elle s’appelle interruption_handler() )

Quand une interruption se déclenche, la fonction interruption_handler() s’exécutera automatiquement avec en argument d’entrée, le pin sur lequel l’événement a été détecté.

Il est préconisé de rédiger une fonction d’interruption (isr ) la plus rapide possible afin d’éviter de perturber le programme principal. Par exemple, il est déconseillé d’envoyer des données via I2C, SPI directement depuis une interruption. On peut plutôt utiliser des flags , sous la forme de booléen pour stocker la détection d’un événement et le traiter ensuite dans la boucle principale.

Note

La gestion des interruptions en MicroPython sera toujours plus lente qu’en code Arduino ou en C pur ! Cependant, il est possible de minimiser cette latence en utilisant des paramètres avancés.

Exemple : Allumer une LED quand un bouton-poussoir est pressé

Câblage sur plaque de prototypage du bouton-poussoir et de la led

Circuit électrique à réaliser

Câblage sur plaque de prototypage du bouton-poussoir et de la led

Circuit électrique à réaliser

Voici le script complet qui permet de détecter lorsque l’on appuie sur un bouton avec une interruption et qui allume la LED en conséquence :

import time
from machine import Pin

pin_button = Pin(14, mode=Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP)
pin_led    = Pin(16, mode=Pin.OUT)


def button_isr(pin):
  pin_led.value(not pin_led.value())

pin_button.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING,handler=button_isr)

while True:
  ...

Note

Dans cet exemple, l’interruption se déclenche sur un front descendant. Il est possible d’utiliser l’opérateur OU | pour combiner les modes et que l’interruption se déclenche à la fois sur un front montant et descendant :

pin_button.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING | Pin.IRQ_RISING,handler=button_isr)

Voici quelques fonctions qui pourront vous être utiles :

  • irq.init()  : Ré-initialiser l’interruption. Elle sera automatiquement réactivée.

  • irq.enable()  : Activer l’interruption.

  • irq.disable()  : Désactiver l’interruption.

  • irq()  : Lancer manuellement l’appel de la routine d’interruptions.

  • irq.flags()  : Connaître le type d’événement qui a déclenché l’interruption. Utilisable uniquement dans l’isr .

    def pin_handler(pin):
        print('Interrupt from pin {}'.format(pin.id()))
        flags = pin.irq().flags()
        if flags & Pin.IRQ_RISING:
            # handle rising edge
        else:
            # handle falling edge
        # disable the interrupt
        pin.irq().deinit()
    

Pour pouvoir profiter de ces fonctions, vous devez utiliser la variable du pin qui est attachée à une interruption, par exemple pin_button.irq().enable() .

Vous connaissez à présent les bases de l’utilisation des interruptions en MicroPython. Vous pouvez consulter la documentation officielle pour exploiter pleinement leurs fonctionnalités, par exemple définir des priorités entre plusieurs interruptions qui se déclenchent simultanément. Des astuces et optimisations sont également disponibles dans la section avancée 😎.

Utiliser des variables globales pour gérer les événements dans le programme principal

On essaye de limiter le nombre d’actions effectuées au sein d’une interruption. Il est courant d’incrémenter une variable à l’intérieur de l’ISR et d’effectuer les tâches longues dans le code principal en fonction de la valeur de cette variable. Voici un exemple qui compte le nombre de fois que vous appuyez sur un bouton-poussoir.

import time
from machine import Pin

button_pressed_count = 0 # global variable
pin_button = Pin(14, mode=Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP)

def button_isr(pin):
    global button_pressed_count
    button_pressed_count += 1


if __name__ == "__main__":
    button_pressed_count_old = 0
    pin_button.irq(trigger=Pin.IRQ_FALLING,handler=button_isr)

    while True:
        if button_pressed_count_old != button_pressed_count:
           print('Button value:', button_pressed_count)
           button_pressed_count_old = button_pressed_count

        if button_pressed_count > 10: # heavy task here
            ...

On utilise une variable globale pour pouvoir écrire dans celle-ci à l’intérieur de la routine d’interruption.

Avertissement

Même si la variable est définie tout en haut du script Python, vous devez ajouter le mot-clé global lorsque la variable est utilisée dans une fonction. Cela permet d’indiquer à l’interpréteur Python d’utiliser la variable globale plutôt que de créer localement une variable (avec le même nom) qui serait utilisée uniquement dans le contexte d’exécution de la fonction.

Résultat interruption bouton

Lorsque l’on exécute le script MicroPython, on remarque que la valeur de l’incrément est bien plus importante que le nombre de pressions effectuées. Étrange, n’est-ce pas ? C’est dû aux transitions des niveaux logiques au niveau du bouton-poussoir, qui ne sont pas parfaites…

Améliorer la fiabilité des détections d’une interruption

Vous avez sûrement constaté que les boutons-poussoirs peuvent donner des faux positifs : la routine d’interruption s’exécute alors plus de fois qu’elle ne le devrait. C’est parce que le signal reçu par la Pico n’est pas parfait : on reçoit des pressions parasites venant du bouton.

effet rebond d’un bouton-poussoir

On parle d”effet rebond (bounce en anglais). On peut réduire le rebond d’un bouton-poussoir via le script Python directement, ce qu’on appelle du debouncing software . Il consiste à ne pas prendre en compte la période transitoire entre les deux états logiques en attendant un certain délai.

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