Arduino - 时间

Arduino - 时间与并发

管理时间是嵌入式编程最基本的一个方面。Arduino 提供了简单的函数来暂停执行，但要创建响应式和复杂的项目，你必须学会以非阻塞方式处理时间。

delay() 函数：简单但阻塞

delay() 函数通常是初学者学习的第一个时间函数。它会暂停程序指定数量的毫秒。

函数签名：

void delay(unsigned long ms);       // 暂停 'ms' 毫秒
void delayMicroseconds(unsigned int us); // 暂停 'us' 微秒

delay() 的问题： 当你的程序处于 delay() 调用中时，它会阻塞。它无法读取传感器、检查按钮按下，或通过串口进行通信。这使得它不适用于任何需要同时处理多项任务的项目。

millis() 函数：非阻塞代码的关键

millis() 函数是 Arduino 上多任务处理的基石。它返回自 Arduino 开发板开始运行当前程序以来经过的毫秒数。

函数签名：

unsigned long millis(); // 返回自启动以来的毫秒数

核心思想： 不是暂停程序，而是记录事件发生的时间。然后，在你的主 loop() 函数中，你持续检查是否已过去足够的时间来触发下一个事件。这就像看钟表来判断是否该做某事，而不是启动秒表并一直盯着它。

示例：不使用 delay() 闪烁 LED

这是一个典型示例，演示了 millis() 的强大功能。它在闪烁 LED 的同时，让 loop() 函数可以自由地执行其他任务。

// LED 引脚和闪烁间隔的常量
const int ledPin = LED_BUILTIN; // 使用内置 LED
const long interval = 1000;      // 闪烁的间隔（1000 毫秒 = 1 秒）

// 存储状态的变量
int ledState = LOW; // ledState 用于设置 LED

// 将存储 LED 上次更新的时间
unsigned long previousMillis = 0;

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 获取当前时间
  unsigned long currentMillis = millis();

  // 检查是否是时候闪烁 LED 了
  if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
    // 保存上次闪烁 LED 的时间
    previousMillis = currentMillis;

    // 如果 LED 熄灭，则打开它，反之亦然
    if (ledState == LOW) {
      ledState = HIGH;
    } else {
      ledState = LOW;
    }

    // 用新的 ledState 设置 LED
    digitalWrite(ledPin, ledState);
  }

  // --- 你可以在这里添加其他代码 ---
  // 例如，读取传感器或检查按钮。
  // 这段代码将持续运行，不会被 LED 闪烁阻塞。
}

微秒精度：micros()

对于需要更高时间分辨率的任务（例如控制舵机或读取某些传感器），可以使用 micros() 函数。它的工作方式与 millis() 完全相同，但返回自程序启动以来的微秒数。

函数签名：

unsigned long micros(); // 返回自启动以来的微秒数

处理回绕（溢出）

millis() 函数使用 unsigned long 类型，它可以存储高达 4,294,967,295 的值。这意味着 millis() 将在大约 49.7 天后溢出（重置为零）。micros() 函数溢出速度快得多，大约 70 分钟后就会溢出。

幸运的是，“不使用 delay() 闪烁 LED”示例中使用的减法技术（currentMillis - previousMillis）旨在正确处理这种回绕，这得益于无符号整数算术的特性。只要你使用这种模式，对于短于 49 天的间隔，你无需担心回绕问题。

最佳实践

• 避免使用 delay()：对于任何需要执行多个简单、顺序任务的项目，请避免使用 delay()。尽早采用 millis() 模式。
• 使用 unsigned long：始终将 millis() 或 micros() 的结果存储在 unsigned long 变量中，以避免溢出问题和错误。
• 管理多个定时器：你可以通过为每个独立定时事件使用单独的 previousMillis 和 interval 变量来管理它们。
• 选择正确的工具：对于大多数人类尺度的时间（秒、分钟），请使用 millis()。仅当你在快速硬件交互中需要非常高的精度时才使用 micros()。