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Arduino 时序控制

时序控制是Arduino编程中的一个重要概念，它允许我们精确控制代码的执行时间，从而实现各种时间相关的功能。无论是控制LED灯的闪烁频率，还是定时读取传感器数据，时序控制都是不可或缺的工具。

什么是时序控制？​

时序控制是指通过编程手段，控制代码在特定时间点执行特定的操作。在Arduino中，我们可以使用内置的函数和库来实现时序控制，例如 delay()、millis() 和 micros()。

基本时序控制函数​

  1. delay(): 暂停程序执行指定的毫秒数。
  2. millis(): 返回从Arduino启动以来的毫秒数。
  3. micros(): 返回从Arduino启动以来的微秒数。
备注

delay() 函数会阻塞程序的执行，因此在需要同时执行多个任务时，建议使用 millis() 或 micros() 来实现非阻塞的时序控制。

使用 delay() 实现简单的时序控制​

以下是一个简单的例子，使用 delay() 函数控制LED灯的闪烁频率。

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); // 等待1秒
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW); // 关闭LED
  delay(1000); // 等待1秒
}

在这个例子中，LED灯会每隔1秒钟闪烁一次。

使用 millis() 实现非阻塞时序控制​

millis() 函数可以用于实现非阻塞的时序控制。以下是一个使用 millis() 控制LED灯闪烁的例子。

cpp
unsigned long previousMillis = 0; // 存储上一次LED状态改变的时间
const long interval = 1000; // 闪烁间隔时间（毫秒）
bool ledState = LOW; // LED的当前状态

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灯会每隔1秒钟闪烁一次，但程序不会因为 delay() 而阻塞，因此可以在 loop() 函数中执行其他任务。

实际应用案例​

案例1：定时读取传感器数据​

假设我们需要每隔5秒钟读取一次温度传感器的数据，并将其打印到串口监视器上。我们可以使用 millis() 来实现这一功能。

cpp
unsigned long previousMillis = 0;
const long interval = 5000; // 5秒

void setup() {
  Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
}

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

  if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
    previousMillis = currentMillis;

    int sensorValue = analogRead(A0); // 读取模拟引脚A0的传感器数据
    float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0); // 将模拟值转换为电压
    float temperature = voltage * 100; // 假设电压与温度成正比

    Serial.print("Temperature: ");
    Serial.println(temperature); // 打印温度值
  }
}

案例2：多任务时序控制​

在某些情况下，我们可能需要同时控制多个设备的时序。例如，控制两个LED灯以不同的频率闪烁。

cpp
unsigned long previousMillis1 = 0;
unsigned long previousMillis2 = 0;
const long interval1 = 1000; // LED1的闪烁间隔
const long interval2 = 500; // LED2的闪烁间隔
bool ledState1 = LOW;
bool ledState2 = LOW;

void setup() {
  pinMode(8, OUTPUT); // LED1连接到引脚8
  pinMode(9, OUTPUT); // LED2连接到引脚9
}

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

  // 控制LED1
  if (currentMillis - previousMillis1 >= interval1) {
    previousMillis1 = currentMillis;
    ledState1 = !ledState1;
    digitalWrite(8, ledState1);
  }

  // 控制LED2
  if (currentMillis - previousMillis2 >= interval2) {
    previousMillis2 = currentMillis;
    ledState2 = !ledState2;
    digitalWrite(9, ledState2);
  }
}

在这个例子中，LED1会每隔1秒钟闪烁一次，而LED2会每隔0.5秒钟闪烁一次。

总结​

时序控制是Arduino编程中的核心概念之一。通过使用 delay()、millis() 和 micros() 等函数，我们可以实现各种时间相关的功能。对于简单的任务，delay() 是一个方便的选择，但在需要同时执行多个任务时，millis() 和 micros() 提供了更灵活的非阻塞解决方案。

附加资源与练习​

  • 练习1: 修改LED闪烁的例子，使LED灯以不同的频率闪烁（例如，1秒和2秒交替）。
  • 练习2: 尝试使用 micros() 函数实现更精确的时序控制，例如控制一个伺服电机的转动角度。
  • 附加资源: 阅读Arduino官方文档中关于 millis() 和 micros() 的详细说明，了解更多高级用法。
提示

在实际项目中，时序控制的精度和可靠性非常重要。建议在编写代码时，充分考虑各种可能的边界情况，并进行充分的测试。