查看: 84455 | 回复: 3

发表于: 2019-5-17 16:36:23 | 显示全部楼层

多任务处理使计算机发生了一场革命，一个或多个程序可以同时运行，从而提高了效率、灵活性、适应性和生产率。在嵌入式系统中，微控制器还可以处理多任务处理并同时执行两个或多个任务，而无需停止当前指令。

在本篇文章中，我们将学习Arduino如何执行多任务处理。通常在Arduino中使用delay()函数来执行LED闪烁等周期性任务，但是此delay()函数会暂停程序一段时间，并且不允许执行其他操作。因此，本文解释了我们如何避免使用delay()函数并将其替换为millis()以同时执行多个任务，并使Arduino成为多任务控制器。在详细介绍之前，我们先来谈谈多任务处理。

什么是多任务处理？

多任务处理意味着同时同时执行多个任务或程序。几乎所有操作系统都具有多任务处理功能。这种操作系统称为MOS（多任务操作系统）。 MOS可以是移动或台式PC操作系统。计算机中多任务处理的好例子是用户同时运行电子邮件应用程序、互联网浏览器、媒体播放器、游戏，如果用户不想使用该应用程序，如果该应用没有关闭，那么它就在后台运行。最终用户同时使用所有这些应用程序，但OS对待这些概念有点不同。我们来讨论操作系统如何管理多任务处理。

如图所示，CPU将时间分成三个相等的部分，并将每个部分分配给每个任务/应用程序。这就是在大多数系统中完成多任务处理的方式。除了时间分布会有所不同之外，Arduino多任务处理的概念几乎相同。由于Arduino以低频运行并且RAM与笔记本电脑/移动/ PC相比很小，因此每项任务的时间也将不同。 Arduino还有一个广泛使用的delay()函数。但在开始之前，让我们讨论为什么我们不应该在任何项目中使用delay()函数。

为什么跳过Arduino中的delay()？

如果考虑Arduino的参考文档，那么有两种类型的延迟函数，第一种是delay()，第二种是delayMicroseconds()。两个函数在产生延迟时间方面是相同的。唯一的区别在于，在delay()函数中，传递的参数整数是以毫秒为单位，即如果我们写入延迟（1000）则延迟将是1000毫秒，即1秒。类似地，在delayMicroseconds()函数中，传递的参数是微秒，即如果我们写delayMicroseconds(1000)，则延迟将是1000微秒，即1毫秒。

重点是，两个函数都会暂停程序延迟函数传递的时间。因此，如果我们给出1秒的延迟，则处理器在1秒钟之前不能进入下一条指令。类似地，如果延迟是10秒，则程序将停止10秒，并且处理器将不允许进行下一指令，直到10秒过去。这妨碍了微控制器在速度和执行指令方面的性能。

解释延迟函数缺点的最好例子是使用两个按钮。考虑我们想要使用两个按钮切换两个LED。因此，如果按下一个按钮，则相应的LED应该发光2秒，类似地，如果按下第二个，则LED应该发光4秒。但是当我们使用delay()时，如果用户按下第一个按钮，程序将停止2秒，如果用户在2秒延迟之前按下第二个按钮，则微控制器将不接受输入，因为程序是在停止阶段。

Arduino的官方文档在其delay()函数描述的注释和警告中明确提到了这一点。您可以查看此内容以更加清晰的了解该内容。

为什么要使用millis()？

为了克服使用delay()函数引起的问题，开发人员应该使用millis()函数，这个函数在习惯使用后很容易使用，它将使用100％的CPU性能而不会在执行指令时产生任何延迟。 millis()函数只返回自Arduino开发板开始运行当前程序以来没有冻结程序所经过的毫秒数。大约50天后，这个时间数将溢出（即回到零）。

就像Arduino有delayMicroseconds()一样，它也有微型版本的millis()，那就是micros()。 micros和millis之间的差异是，micros()在大约70分钟后会溢出，而millis()则是50天。因此，根据应用程序，您可以使用millis()或micros()。

使用millis()而不是delay()

要使用millis()进行计时和延迟，您需要记录并存储操作开始时间的时间，然后定期检查定义的时间是否已过。如上所述，将当前时间存储在变量中。

unsigned long currentMillis = millis();

复制代码

我们还需要两个变量来确定是否已经过了所需的时间。我们已将当前时间存储在currentMillis变量中，但我们还需要知道定时周期何时开始以及周期有多长。因此声明了Interval和previousMillis。 Interval将告诉我们时间延迟，previosMillis将存储事件发生的最后时间。

unsigned long previousMillis;
unsigned long period = 1000;

复制代码

为了理解这一点，我们举一个简单的闪烁LED示例。 period = 1000将告诉我们LED将闪烁1秒或1000ms。

const int ledPin = 4; // the LED pin number connected
int ledState = LOW; // used to set the LED state
unsigned long previousMillis = 0; //will store last time LED was blinked
const long period = 1000; // period at which to blink in ms
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT); // set ledpin as output
}
void loop() {
unsigned long currentMillis = millis(); // store the current time
if (currentMillis - previousMillis >= period) { // check if 1000ms passed
previousMillis = currentMillis; // save the last time you blinked the LED
if (ledState == LOW) { // if the LED is off turn it on and vice-versa
ledState = HIGH;
} else {
ledState = LOW;
}
digitalWrite(ledPin, ledState);//set LED with ledState to blink again
}
}

复制代码

这里，语句< if (currentMillis - previousMillis >= period)>检查是否已经过去了1000ms。如果超过1000ms，则LED闪烁并再次进入相同状态。这继续下去。就是这样，我们学会了使用millis而不是延迟。这样它就不会停止特定间隔的程序。

Arduino的中断与其他微控制器的工作方式相同。 Arduino UNO板有两个独立的引脚，用于连接GPIO引脚2和3上的中断。我们在Arduino中断教程中详细介绍了它，您可以在其中了解有关中断及其使用方法的更多信息。

在这里，我们将通过同时处理两个任务来显示Arduino多任务。任务将包括在不同时间延迟中闪烁两个LED以及用于控制LED的ON / OFF状态的按钮。因此，将同时执行三项任务。

需要的组件

● Arduino UNO开发板

● 三个LED（任意颜色）

● 电阻（470和10k）

● 跳线

● 面包板

电路原理图

演示Arduino多任务处理的电路图非常简单，没有太多组件可以连接，如下所示。

编程Arduino UNO进行多任务处理

编程Arduino UNO进行多任务处理只需要背后millis()工作的逻辑，如上所述。建议在开始编程Arduino UNO进行多任务处理之前，一次又一次地使用millis练习闪烁LED以使逻辑清晰并使自己熟悉millis()。在本文中，中断也与millis()同时用于多任务处理。该按钮将是一个中断。因此，每当产生中断，即按下按钮时，LED将切换到ON或OFF状态。

首先，声明LED和按钮连接的引脚编号。

int led1 = 6;
int led2 = 7;
int toggleLed = 5;
int pushButton = 2;

复制代码

接下来，我们编写一个变量来存储LED的状态以供将来使用。

int ledState1 = LOW;
int ledState2 = LOW;

复制代码

正如上面在闪烁示例中所解释的那样，声明了period和previousmillis的变量来比较并产生LED的延迟。第一个LED每1秒闪烁一次，另一个LED在200ms后闪烁。

unsigned long previousMillis1 = 0;
const long period1 = 1000;
unsigned long previousMillis2 = 0;
const long period2 = 200;

复制代码

另一个millis函数将用于产生去抖延迟，以避免多次按下按钮。将采用与上述类似的方法。

int debouncePeriod = 20;
int debounceMillis = 0;

复制代码

这三个变量将用于存储按钮状态作为中断、切换LED和按钮状态。

bool buttonPushed = false;
int ledChange = LOW;
int lastState = HIGH;

复制代码

定义引脚的作用，哪个引脚将用作INPUT或OUTPUT。

pinMode(led1, OUTPUT);
pinMode(led2, OUTPUT);
pinMode(toggleLed, OUTPUT);
pinMode(pushButton, INPUT);

复制代码

现在通过附加ISR和中断模式定义的中断来定义中断引脚。注意，在声明attachInterrupt()函数将实际数字引脚转换为特定中断号时，建议使用digitalPinToInterrupt(pin_number)。

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pushButton), pushButton_ISR, CHANGE);

复制代码

写入中断子程序，它只会改变buttonPushed标志。请注意，中断子程序应尽可能短，因此请尝试编写并最小化额外指令。

void pushButton_ISR()
{
buttonPushed = true;
}

复制代码

循环开始时将millis值存储在currentMillis变量中，该变量将存储每次循环迭代时经过的时间值。

unsigned long currentMillis = millis();

复制代码

多任务处理共有三个功能，1秒闪烁一个LED，200ms闪烁第二个LED，按下按钮然后关闭/打开LED。因此，我们将编写三个部分来完成此任务。

第一个功能是通过比较经过的毫秒来每1秒切换LED状态。

if (currentMillis - previousMillis1 >= period1) {
previousMillis1 = currentMillis;
if (ledState1 == LOW) {
ledState1 = HIGH;
} else {
ledState1 = LOW;
}
digitalWrite(led1, ledState1);
}

复制代码

类似地，第二个功能，它通过比较经过的毫秒来每隔200ms切换LED。本文前面已经解释了这种方式。

if (currentMillis - previousMillis2 >= period2) {
previousMillis2 = currentMillis;
if (ledState2 == LOW) {
ledState2 = HIGH;
} else {
ledState2 = LOW;
}
digitalWrite(led2, ledState2);
}

复制代码

最后，监视buttonPushed标志，并在产生20ms的去抖延迟后，它只是切换LED的状态对应于作为中断附加的按钮。

if (buttonPushed = true) // check if ISR is called
{
if ((currentMillis - debounceMillis) > debouncePeriod && buttonPushed) // generate 20ms debounce delay to avoid multiple presses
{
debounceMillis = currentMillis; // save the last debounce delay time
if (digitalRead(pushButton) == LOW && lastState == HIGH) // change the led after push button is pressed
{
ledChange = ! ledChange;
digitalWrite(toggleLed, ledChange);
lastState = LOW;
}
else if (digitalRead(pushButton) == HIGH && lastState == LOW)
{
lastState = HIGH;
}
buttonPushed = false;
}
}

复制代码

以上就是Arduino millis()函数的全部内容。请注意，为了习惯使用millis()，只需练习在其他一些应用程序中实现此逻辑。您还可以将其扩展为使用电机、伺服电机、传感器和其他外围设备。如有任何疑问，请在本帖下面进行回复。

代码

本文使用的完整代码如下： main.rar (1.08 KB, 下载次数: 162)

电梯直达

Arduino多任务教程 - 如何在Arduino代码中使用millis()函数 [复制链接]

相关帖子

Arduino专区

精彩推荐