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Arduino 延时函数

在Arduino编程中，时间控制是一个非常重要的概念。延时函数允许我们在程序中暂停执行一段时间，这对于控制LED闪烁、传感器读取间隔、电机运行时间等场景非常有用。本文将详细介绍Arduino中的两种主要延时函数：delay()和millis()，并通过实际案例展示它们的应用。

1. delay() 函数​

delay() 是Arduino中最常用的延时函数。它的作用是暂停程序的执行一段指定的时间（以毫秒为单位）。例如，delay(1000) 会让程序暂停1秒钟。

代码示例​

cpp
void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // 设置内置LED引脚为输出模式
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH); // 打开LED
  delay(1000);                     // 暂停1秒
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);  // 关闭LED
  delay(1000);                     // 暂停1秒
}

在这个例子中，LED会每隔1秒钟闪烁一次。

备注

delay() 函数会阻塞程序的执行，这意味着在延时期间，Arduino无法执行其他任务。因此，delay() 适用于简单的任务，但在需要同时处理多个任务时，可能会限制程序的灵活性。

2. millis() 函数​

millis() 是一个非阻塞的延时函数，它返回自Arduino启动以来的毫秒数。与delay()不同，millis()不会暂停程序的执行，因此可以在延时期间执行其他任务。

代码示例​

cpp
unsigned long previousMillis = 0; // 存储上一次LED状态改变的时间
const long interval = 1000;       // 间隔时间（1秒）
bool ledState = LOW;              // LED的初始状态

void setup() {
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // 设置内置LED引脚为输出模式
}

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

  if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
    previousMillis = currentMillis; // 更新上一次状态改变的时间

    // 切换LED状态
    if (ledState == LOW) {
      ledState = HIGH;
    } else {
      ledState = LOW;
    }

    digitalWrite(LED_BUILTIN, ledState); // 设置LED状态
  }
}

在这个例子中，LED仍然会每隔1秒钟闪烁一次，但程序在等待期间可以执行其他任务。

提示

millis() 非常适合用于需要同时处理多个任务的场景，例如在控制LED的同时读取传感器数据或响应按钮按下事件。

3. 实际应用案例​

案例1：交通信号灯模拟​

假设我们要模拟一个简单的交通信号灯系统，红灯亮5秒，黄灯亮2秒，绿灯亮5秒。我们可以使用millis()来实现这个功能。

cpp
unsigned long previousMillis = 0;
const long redInterval = 5000;    // 红灯亮5秒
const long yellowInterval = 2000; // 黄灯亮2秒
const long greenInterval = 5000;  // 绿灯亮5秒
int state = 0;                    // 0: 红灯, 1: 黄灯, 2: 绿灯

void setup() {
  pinMode(8, OUTPUT);  // 红灯引脚
  pinMode(9, OUTPUT);  // 黄灯引脚
  pinMode(10, OUTPUT); // 绿灯引脚
}

void loop() {
  unsigned long currentMillis = millis();

  switch (state) {
    case 0: // 红灯
      digitalWrite(8, HIGH);
      digitalWrite(9, LOW);
      digitalWrite(10, LOW);
      if (currentMillis - previousMillis >= redInterval) {
        previousMillis = currentMillis;
        state = 1; // 切换到黄灯
      }
      break;

    case 1: // 黄灯
      digitalWrite(8, LOW);
      digitalWrite(9, HIGH);
      digitalWrite(10, LOW);
      if (currentMillis - previousMillis >= yellowInterval) {
        previousMillis = currentMillis;
        state = 2; // 切换到绿灯
      }
      break;

    case 2: // 绿灯
      digitalWrite(8, LOW);
      digitalWrite(9, LOW);
      digitalWrite(10, HIGH);
      if (currentMillis - previousMillis >= greenInterval) {
        previousMillis = currentMillis;
        state = 0; // 切换回红灯
      }
      break;
  }
}

案例2：按钮去抖动​

在读取按钮输入时，通常会遇到抖动问题。我们可以使用millis()来实现去抖动功能。

cpp
unsigned long lastDebounceTime = 0;
const long debounceDelay = 50; // 去抖动时间
int buttonState = LOW;
int lastButtonState = LOW;

void setup() {
  pinMode(2, INPUT); // 按钮引脚
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  int reading = digitalRead(2);

  if (reading != lastButtonState) {
    lastDebounceTime = millis(); // 重置去抖动计时器
  }

  if ((millis() - lastDebounceTime) > debounceDelay) {
    if (reading != buttonState) {
      buttonState = reading;

      if (buttonState == HIGH) {
        digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN)); // 切换LED状态
      }
    }
  }

  lastButtonState = reading;
}

4. 总结​

在Arduino编程中，delay() 和 millis() 是两种常用的时间控制函数。delay() 简单易用，但会阻塞程序的执行；millis() 则更加灵活，适合需要同时处理多个任务的场景。通过合理使用这两种函数，可以实现各种复杂的时间控制功能。

5. 附加资源与练习​

  • 练习1：修改交通信号灯模拟程序，增加一个行人按钮，按下按钮后绿灯立即变为黄灯，然后变为红灯。
  • 练习2：使用millis()实现一个简单的计时器，显示从程序启动到当前的时间。
警告

在使用millis()时，注意unsigned long类型的变量会在约49天后溢出。如果你的程序需要运行超过这个时间，请考虑使用unsigned long long或其他时间管理方法。