描述

這一切是關(guān)于什么的？

你可以拖延，但時(shí)間不會(huì)。本杰明·富蘭克林

時(shí)間的唯一原因是一切都不會(huì)一下子發(fā)生。艾爾伯特愛(ài)因斯坦

我們所要做的就是決定如何處理給我們的時(shí)間。JRR托爾金

我不能說(shuō)比這些偉大的人更好！

在我們的草圖中管理時(shí)間是我們需要經(jīng)常做的事情，通過(guò)明智地使用計(jì)時(shí)器，我們能夠有效地設(shè)計(jì)、管理和處理時(shí)間驅(qū)動(dòng)的事件。

本文提供了一種在您的草圖中使用任意數(shù)量的計(jì)時(shí)器的技術(shù)（方法），每個(gè)計(jì)時(shí)器都是獨(dú)立的、非阻塞的，并且它們都可以同時(shí)運(yùn)行。該技術(shù)易于理解，易于實(shí)現(xiàn)，不使用 delay() 函數(shù)，也不需要最終用戶(hù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)器中斷服務(wù)程序 (ISR)。

為什么計(jì)時(shí)器有用？

很多時(shí)候我們需要定期做一些事情，例如每 1/100 秒讀取一次傳感器，跟蹤和處理超時(shí)，每 1/2 秒處理一次心跳，等等。在這種情況下，我們需要使用一個(gè)或多個(gè)計(jì)時(shí)器來(lái)確保我們可以做所有我們需要做的事情。這就是本文提供的技術(shù) (ez_timers) 非常有用的地方。

在這篇文章中，一個(gè)草圖定義了您在草圖中實(shí)現(xiàn) ez_timers 提供的技術(shù)所需的所有數(shù)據(jù)和功能，您可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行草圖設(shè)計(jì)、決策控制和流程。

為了展示該技術(shù)的簡(jiǎn)單性和強(qiáng)大功能，提供了一個(gè)基于多個(gè) LED（八個(gè)）的示例，每個(gè) LED 由各自的定時(shí)器控制，以不同的時(shí)間間隔打開(kāi)和關(guān)閉它們。正如將要看到的，該技術(shù)以直接和簡(jiǎn)潔的方式實(shí)現(xiàn)。它很容易擴(kuò)展到很多很多用途。

ez_timers 設(shè)計(jì)

在我們開(kāi)始看示例草圖之前，讓我們看一下 ez_timers 技術(shù)和代碼的組成部分。

ez_timers 有兩個(gè)部分：

1. 其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)要求，以及

2. 一些終端用戶(hù)可訪問(wèn)的簡(jiǎn)單功能。

讓我們來(lái)看看其中的每一個(gè)：

一、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)要求

#define max_timers         8
#define elapsed            true
#define not_elapsed        !elapsed
#define active             true
#define not_active         !active    // double defined for user preference
#define inactive           not_active // double defined for user preference
uint8_t timer; // general variable for use dealing with timers
// timer control struct(ure)
struct timer_control {
 bool     timer_status;  // records status of a timer - active or not active
 uint32_t start_time;// records the millis time when a timer is started
} timers[max_timers];// declare an entry for each timer - 0:(max_timers-1)

我們首先注意到的是宏' max_timers'。在“開(kāi)箱即用”（OOTB）草圖中，它設(shè)置為 8，因此草圖將在編譯時(shí)將自身配置為 8 個(gè)計(jì)時(shí)器。然后這些將可從 0 到 7 引用。使用此宏定義您希望在草圖中配置多少個(gè)計(jì)時(shí)器。

接下來(lái)，我們將看到 ez_timer 函數(shù)使用的許多宏，最終用戶(hù)代碼也可以/應(yīng)該使用這些宏來(lái)測(cè)試特定條件的狀態(tài)。不過(guò)，在這一點(diǎn)上，我只觀察到其中兩個(gè)宏可以相同地使用，具體取決于最終用戶(hù)的偏好。它們是 ' not_active' 和 ' inactive' - 它們是同一個(gè)東西。當(dāng)我們討論 ez_functions 時(shí)，更多關(guān)于使用這些宏的上下文。

下一個(gè)聲明只是一個(gè)無(wú)符號(hào)字節(jié)，timer可以在整個(gè)草圖中用作工作變量來(lái)引用任何計(jì)時(shí)器（最多 255 個(gè)），例如，在 for 循環(huán)等中。

ez_timers 的核心是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（ure）' timer_control'。這定義了兩個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)/類(lèi)型，它們是 ' timer_status' ( bool) 和 ' start_time' ( uint32_t - 無(wú)符號(hào) 32 位整數(shù))。每個(gè)配置的計(jì)時(shí)器在此結(jié)構(gòu)中都有自己的條目，從 0 到 (' max_timers' -1)。' timer_control' 數(shù)據(jù)類(lèi)型 struct(ure) 然后被聲明為 ' timers'。此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（ure）使用' timers'引用，例如' timers[2].timer_status'、' timers[timer].start_time'等。

2.ez_timerFunctions

只有三個(gè) ez_timer 函數(shù)：

//
// set the given timer active and note start time in milliseconds
//
void start_timer(uint8_t timer) {
 if (timer < max_timers) {
   // valid timer
   timers[timer].timer_status = active; // mark this timer as active
   timers[timer].start_time = millis(); // record time this timer is started
 }
}
//
// cancel (stop) the given timer
//
void stop_timer(uint8_t timer) {
 if (timer < max_timers) {
   // valid timer
   timers[timer].timer_status = inactive;  // mark this timer as inactive
 }
}
//
// Function determines if the time has elapsed for given timer, if active.
// The elapsed_time parameter is in milliseconds.
//
bool timer_elapsed(uint8_t timer, uint32_t elapsed_time) {
 if (timer < max_timers) {
   // valid timer
   if (timers[timer].timer_status == active) {
     // timer is active so check elapsed time
     if (millis() - timers[timer].start_time >= elapsed_time) {
       // this timer has elapsed
       timers[timer].timer_status = inactive; // mark this timer no longer active
       return elapsed;
     }
   }
 }
 return not_elapsed;
}

讓我們更詳細(xì)地看一下這些函數(shù)：

1. ' ' - 將給定的計(jì)時(shí)器設(shè)置為活動(dòng)并以毫秒為單位記錄開(kāi)始時(shí)間。唯一的參數(shù)是要啟動(dòng)的定時(shí)器編號(hào)：0 到（' '-1）。start_timermax_timers

2. ' ' - 將給定的計(jì)時(shí)器標(biāo)記為非活動(dòng)/非活動(dòng)。唯一的參數(shù)是要停止的定時(shí)器編號(hào)：0 到 (' '-1)。stop_timermax_timers

3. ' ' - 應(yīng)盡可能定期調(diào)用此函數(shù)，以檢查給定的計(jì)時(shí)器是否已過(guò)，如果已過(guò)，應(yīng)遵循哪些操作。該函數(shù)返回兩個(gè)值之一 -如果計(jì)時(shí)器已完成，則返回“ ”，否則返回“ ”。請(qǐng)注意，如果計(jì)時(shí)器未激活，此函數(shù)還將返回值 ' '（與 ' ' 相同）。timer_elapsedelaspednot_elapsednot_elapsednot_active

該函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)，第一個(gè)是要檢查的計(jì)時(shí)器編號(hào)：0 到 (' max_timers'-1)，第二個(gè)是要檢查的經(jīng)過(guò)時(shí)間（以毫秒為單位）。例如：

if (timer_elasped(5, 10000) == elapsed){...} else{...}

檢查計(jì)時(shí)器 5 以查看自啟動(dòng)以來(lái)是否已過(guò) 10 秒。

該函數(shù)最適合用于遍歷所有已配置計(jì)時(shí)器（0 到 (' max_timers' -1)）的 for 循環(huán)。還要注意的是，一旦給定的計(jì)時(shí)器已經(jīng)過(guò)去，如果它是連續(xù)發(fā)生的需求，則需要立即重新啟動(dòng)。

一個(gè)例子

已經(jīng)向 OOTB 提供了 ez_timers 草圖，并提供了如何使用它的示例。該示例配置了八個(gè) LED 并為每個(gè) LED 使用一個(gè)計(jì)時(shí)器，以不同的時(shí)間間隔使它們閃爍。為了定義和控制 LED，還使用了 struct(ure) 數(shù)據(jù)類(lèi)型，該數(shù)據(jù)類(lèi)型很容易根據(jù)最終用戶(hù)的需求進(jìn)行修改（減少或增加 LED 的數(shù)量或改變閃光率）。

提供的示例是一種簡(jiǎn)單的方法，可以處理 LED 以提供定時(shí)光效果。但是，對(duì)于處理經(jīng)過(guò)的計(jì)時(shí)器結(jié)果的更通用的方法，switch-case 構(gòu)造會(huì)特別好用，例如：

...
for (timer = 0;time < max_timers; timer++){
  if (timer_elasped(timer, 10000) == elapsed){
   switch (timer){
    case 0: // timer 0
      // restart this timer and process the event
      start_timer(timer);
      ...
      break;
    case 1:  // timer 1
      // do not restart this timer, just process the event
      ...
      break;
    case 2:  // timer 2
      ...etc
      break;
    ...
    } 
  }
}
...

在上面的示例代碼中，已經(jīng)創(chuàng)建了許多從 0、1、2、...、(- max_timers1) 引用的計(jì)時(shí)器，每個(gè)經(jīng)過(guò)的計(jì)時(shí)器事件都由相應(yīng)的案例段處理。

最后

ez_timers 技術(shù)可以提供一種易于實(shí)現(xiàn)的方法，用于在您的草圖中運(yùn)行多個(gè)計(jì)時(shí)器。但是，如果您需要一個(gè)更全面、更復(fù)雜的計(jì)時(shí)器解決方案，它不僅可以容納經(jīng)過(guò)時(shí)間的計(jì)時(shí)器，還可以容納實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)器，那么請(qǐng)查看同一作者的REM_SYS （見(jiàn)下文），它給出了一個(gè)更工業(yè)化和完全異步的解決方案。

REM_SYS 支持經(jīng)過(guò)時(shí)間和實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)器（提醒）。可以將所有計(jì)時(shí)器類(lèi)型定義為一次性事件、重復(fù)發(fā)生而沒(méi)有結(jié)束或重復(fù)發(fā)生直到達(dá)到/經(jīng)過(guò)給定時(shí)間。不僅如此，對(duì)于每種類(lèi)型，可以定義子類(lèi)型以幫助決策控制，還可以為每個(gè)定義的計(jì)時(shí)器（提醒）提供用戶(hù)定義參數(shù)的“有效負(fù)載”，這些參數(shù)在達(dá)到計(jì)時(shí)器事件時(shí)返回（經(jīng)過(guò)或?qū)崟r(shí)）。REM_SYS 甚至可以在 UNO 微控制器上運(yùn)行，并且可以配置有或沒(méi)有實(shí)時(shí)時(shí)鐘。

延伸閱讀

您可能還會(huì)發(fā)現(xiàn)同一作者的這些貢獻(xiàn)有趣且有用：

• 為您的草圖添加心跳- 包括一種可見(jiàn)的方式來(lái)查看您的代碼在您的微控制器上運(yùn)行，而無(wú)需任何額外的組件或接線！

• 音樂(lè)和燈光工作臺(tái)- 旨在將計(jì)算機(jī)編程新手介紹給該主題，使用具有酷炫效果的簡(jiǎn)單命令。方法是導(dǎo)師和學(xué)生之一

• 一個(gè)靈活、可擴(kuò)展的庫(kù) (ez_SIPO8_lib) - 支持實(shí)現(xiàn)多個(gè)串行輸入/串行輸出 IC、74HC595，無(wú)論是單獨(dú)還是在級(jí)聯(lián)組中，最多 255 個(gè) IC（2040 個(gè)輸出引腳）

• 通用開(kāi)關(guān)庫(kù) (ez_switch_lib) ，適用于大多數(shù)開(kāi)關(guān)類(lèi)型和接線方案，包含新穎的功能

• 了解和使用按鈕開(kāi)關(guān)，基本知識(shí)- 按鈕開(kāi)關(guān)，一個(gè)簡(jiǎn)單但通常很棘手的工具包。本教程提供了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單按鈕開(kāi)關(guān)的來(lái)龍去脈，可以靈活地探索電路設(shè)計(jì)的差異、不同的讀取方法和去抖動(dòng)。

• 中斷驅(qū)動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)- 一種將按鈕開(kāi)關(guān)與外部中斷聯(lián)系起來(lái)的方法和示例。

• 撥動(dòng)開(kāi)關(guān)- 如何可靠地讀取撥動(dòng)式開(kāi)關(guān)。

• Buttons & Lights Game - 使用按鈕開(kāi)關(guān)和 LED 帶來(lái)一點(diǎn)樂(lè)趣。

• External Interrupts，一個(gè)通用框架——一個(gè)支持并發(fā)異步多個(gè)中斷的框架。配置多個(gè)不同特性的外部中斷，并添加代碼提供中斷后異步處理。

• REM_SYS, A Programmatic Timed Reminder Alerting ，一個(gè)用于已用和實(shí)時(shí)異步定時(shí)警報(bào)的編程框架。定義任意數(shù)量的計(jì)時(shí)器（提醒）警報(bào)（亞秒到小時(shí)）并異步處理。