Delay arduino не работает

Arduino delay millis и micros для организации задержки в скетче

Задержки в Ардуино играют очень большую роль. Без них не сможет работать даже самый простой пример Blink, который моргает светодиодом через заданный промежуток времени. Но большинство начинающих программистов мало знают о временных задержках и используют только Arduino delay, не зная побочных эффектов этой команды. В этой статье я подробно расскажу о временных функциях и особенностях их использования в среде разработки Arduino IDE.

Функции времени в Ардуино

В Arduino cуществует несколько различных команд, которые отвечают за работу со временем и паузы:

Они отличаются по точности и имеют свои особенности, которые стоит учитывать при написании кода.

Использование функции arduino delay

Синтаксис

Ардуино delay является самой простой командой и её чаще всего используют новички. По сути она является задержкой, которая приостанавливает работу программы, на указанное в скобках число миллисекунд. (В одной секунде 1000 миллисекунд.) Максимальное значение может быть 4294967295 мс, что примерно ровняется 50 суткам. Давайте рассмотрим простой пример, наглядно показывающий работу этой команды.

В методе setup прописываем, что пин 13 будет использоваться, как выход. В основной части программы сначала на пин подается высокий сигнал, затем делаем задержку в 10 секунд. На это время программа как бы приостанавливается. Дальше подается низкий сигнал и опять задержка и все начинается сначала. В итоге мы получаем, что на пин поочередно подается, то 5 В, то 0.

Пример delay с миганием светодиодом

Пример схемы для иллюстрации работы функции delay.
Можно построить схему со светодиодом и резистором. Тогда у нас получится стандартный пример – мигание светодиодом. Для этого на пин, который мы обозначили как выходной, необходимо подключить светодиод плюсовым контактом. Свободную ногу светодиода через резистор приблизительно на 220 Ом (можно немного больше) подключаем на землю. Определить полярность можно, если посмотреть на его внутренности. Большая чашечка внутри соединена с минусом, а маленькая ножка с плюсом. Если ваш светодиод новый, то определить полярность можно по длине выводов: длинная ножка – плюс, короткая – минус.

Функция delayMicroseconds

Данная функция является полным аналогом delay за исключением того, что единицы измерения у нее не миллисекунды, а микросекунды (в 1 секунде – 1000000 микросекунд). Максимальное значение будет 16383, что равно 16 миллисекундам. Разрешение равно 4, то есть число будет всегда кратно четырем. Кусочек примера будет выглядеть следующим образом:

Проблема с delayMicroseconds точно такая же, как у delay – эти функции полностью «вешают» программу и она на некоторое время буквально замирает. В это время невозможна работа с портами, считывание информации с датчиков и произведение математических операций. Для мигалок данный вариант подходит, но опытные пользователи не используют её для больших проектов, так как там не нужны такие сбои. Поэтому, гораздо лучше использовать функции, описанные ниже.

Функция millis вместо delay

Функция millis() позволит выполнить задержку без delay на ардуино, тем самым обойти недостатки предыдущих способов. Максимальное значение параметра millis такое же, как и у функции delay (4294967295мс или 50 суток). При переполнении значение просто сбрасывается в 0, не забывайте об этом.

С помощью millis мы не останавливаем выполнение всего скетча, а просто указываем, сколько времени ардуино должна просто “обходить” именно тот блок кода, который мы хотим приостановить. В отличие от delay millis сама по себе ничего не останавливает. Данная команда просто возвращает нам от встроенного таймера микроконтроллера количество миллисекунд, прошедших с момента запуска. При каждом вызове loop Мы сами измеряем время, прошедшее с последнего вызова нашего кода и если разница времени меньше желаемой паузы, то игнорируем код. Как только разница станет больше нужной паузы, мы выполняем код, получаем текущее время с помощью той же millis и запоминаем его – это время будет новой точкой отсчета. В следующем цикле отсчет уже будет от новой точки и мы опять будем игнорировать код, пока новая разница millis и нашего сохраненного прежде значения не достигнет вновь желаемой паузы.

Вот пример, наглядно иллюстрирующий работу команды:

Сначала мы вводим переменную timing, в ней будет храниться количество миллисекунд. По умолчанию значение переменной равно 0. В основной части программы проверяем условие: если количество миллисекунд с запуска микроконтроллера минус число, записанное в переменную timing больше, чем 10000, то выполняется действие по выводу сообщения в монитор порта и в переменную записывается текущее значение времени. В результате работы программы каждые 10 секунд в монитор порта будет выводиться надпись 10 seconds. Данный способ позволяет моргать светодиодом без delay.

Функция micros вместо delay

Данная функция так же может выполнить задержку, не используя команду delay. Она работает точно так же, как и millis, но считает не миллисекунды, а микросекунды с разрешением в 4мкс. Её максимальное значение 4294967295 микросекунд или 70 минут. При переполнении значение просто сбрасывается в 0, не забывайте об этом.

Резюме

Платформа Arduino предоставляет нам несколько способов выполнения задержки в своем проекте. С помощью delay вы можете быстро поставить на паузу выполнение скетча, но при этом заблокируете работу микроконтроллера. Использование команды millis позволяет обойтись в ардуино без delay, но для этого потребуется чуть больше программировать. Выбирайте лучший способ в зависимости от сложности вашего проекта. Как правило, в простых скетчах и при задержке меньше 10 секунд используют delay. Если логика работы сложнее и требуется большая задержка, то вместо delay лучше использовать millis.

Источник

Функции времени

Откуда берётся время?

Начнём с того, откуда вообще микроконтроллер знает, сколько проходит времени. Ведь у него нет часов! Для работы микроконтроллера жизненно важен так называемый тактовый генератор, или кварцевый генератор, или он же кварц. Он же oscillator, он же clock. Clock по-английски это часы. Да, но не всё так просто =) Кварц расположен рядом с МК на плате (также во многих МК есть встроенный тактовый генератор), на Ардуинах обычно стоит генератор на 16 МГц, также встречаются модели на 8 МГц. Тактовый генератор выполняет очень простую вещь: он “пинает” микроконтроллер со своей тактовой частотой, то есть 16 МГц кварц пинает МК 16 миллионов раз в секунду. Микроконтроллер, в свою очередь зная частоту кварца, может прикинуть время между пинками (16 МГц = 0.0625 микросекунды), и таким образом ориентироваться во времени. Но на деле не всё так просто, потому что принимают пинки таймера так называемые таймеры-счётчики (Timer-counter). Это физически расположенные внутри МК устройства, которые занимаются подсчётом пинков тактового генератора. И вот микроконтроллер уже может обратиться к счётчику и спросить, а сколько там натикало? И счётчик ему скажет. И вот этим мы уже можем пользоваться, для этого у Ардуино есть готовые функции времени. В Arduino на базе ATmega328 имеются три счётчика, и подсчётом времени занимается таймер под номером 0. Этим может заниматься любой другой счётчик, но работая в Arduino IDE вы сразу получаете такую настройку, т.к. создавая скетч в Arduino IDE вы автоматически работаете с библиотекой Arduino.h, где и реализованы все удобные функции.

Задержки

Простейшей с точки зрения использования функцией времени является задержка, их у нас две:

delay(time) – “приостанавливает” выполнение кода на time миллисекунд. Дальше функции delay() выполнение кода не идёт, за исключением прерываний. Использовать рекомендуется только в самых крайних или тех случаях, когда delay не влияет на скорость работы устройства. time принимает тип данных unsigned long и может приостановить выполнение на срок от 1 мс до

50 суток (4 294 967 295 миллисекунд) с разрешением в 1 миллисекунду. Работает на системном таймере Timer 0, поэтому не работает внутри прерывания и при отключенных прерываниях.

delayMicroseconds(time) – Аналог delay() , приостанавливает выполнение кода на time микросекунд. time принимает тип данных unsigned int и может приостановить выполнение на срок от 4 до 16383 мкс с разрешением 4 мкс. Важно: delayMicroseconds работает не на таймере, как остальные функции времени в Arduino, а на счёте тактов процессора. Из этого следует, что delayMicroseconds может работать в прерывании и при отключенных прерываниях.

Задержки использовать очень просто:

И вот мы можем делать какое-то действие два раза в секунду. delayMicroseconds() иногда не совсем корректно работает с переменными, нужно стараться использовать константы ( const или просто число). Для создания микросекундных задержек с переменным периодом и корректной работы в циклах лучше использовать следующую конструкцию:

А что делать, если нам нужно выполнять одно действие два раза в секунду, а другое – три? А третье – 10 раз в секунду например. Сразу привыкаем к той мысли, что задержки лучше вообще не использовать в реальном коде. Разве что delayMicroseconds() , он бывает нужен для генерации каких-то протоколов связи. Нормальным инструментом для тайм-менеджмента своего кода являются функции, которые считают время со старта МК.

Функция yield()

Разработчики Arduino позаботились о том, чтобы функция delay() не просто блокировала выполнение кода, но и позволяла выполнять другой код во время этой задержки. Данный “костыль” получил название yield() и работает следующим образом: если объявить функцию

то расположенный внутри неё код будет выполняться во время работы любой задержки delay() в программе! Это решение хоть и кажется нелепым, но в то же время позволяет быстро и без описания лишних костылей и таймеров реализовать пару параллельно выполняющихся задач. Что вполне соответствует назначению Ардуино – максимально простая и быстрая разработка прототипа. Рассмотрим например такой простой пример: стандартный мигающий светодиод, но с опросом кнопки

Подробнее о том, как работать с yield() и строить программу на её основе мы рассмотрим в одном из следующих уроков о том, как написать скетч.

Функции счёта времени

Данные функции возвращают время, прошедшее с момента запуска микроконтроллера, так называемый аптайм (англ. uptime). Таких функций у нас две:

millis() – Возвращает количество миллисекунд, прошедших с запуска. Возвращает unsigned long , от 1 до 4 294 967 295 миллисекунд (

50 суток), имеет разрешение 1 миллисекунда, после переполнения сбрасывается в 0. Работает на системном таймере Timer 0
micros() – Возвращает количество микросекунд, прошедших с запуска. Возвращает unsigned long , от 4 до 4 294 967 295 микросекунд (

70 минут), имеет разрешение в 4 микросекунды, после переполнения сбрасывается в 0. Работает на системном таймере Timer 0

Таймер на millis()

Вы спросите, а как время со старта МК поможет нам организовать действия по времени? Очень просто, схема вот такая:

• Выполнили действие
• Запомнили текущее время со старта МК (в отдельную переменную)
• Ищем разницу между текущим временем и запомненным
• Как только разница больше нужного нам времени “Таймера” – выполняем действие
• “Сбрасываем” таймер
  • Тут есть два варианта, приравнивать переменную таймера к актуальному millis(), или увеличивать её на размер периода

Тип 1

Реализация классического “таймера на millis()” выглядит вот так:

Данная конструкция “уходит” с периода, если в коде есть задержки и прочие блокирующие участки, во время выполнения которых millis() успевает увеличиться на большее чем период время, и в перспективе период будет немного “уходить”! Это может быть критично например для счёта времени и других похожих ситуаций, когда период срабатывания таймера не должен “смещаться” относительно текущего времени. В то же время, если заблокировать выполнение кода на время, большее чем один период – таймер скорректирует эту разницу, так как мы его сбрасываем актуальным значением millis() .

Тип 2

Второй вариант сброса таймера будет записан вот так:

Эта конструкция жёстко отрабатывает период, то есть не “уходит” со временем, если в коде присутствует малая задержка, потому что время следующего срабатывания всегда кратно периоду. Минусом здесь является то, что если таймер пропустит период – он “сработает” несколько раз при следующей проверке! Но из этой неприятной ситуации есть выход.

Тип 3

Можно посчитать, на сколько периодов нужно “обновить” переменную таймера. Например так:

Здесь я заранее считаю прошедшее после последнего срабатывания время и записываю в переменную timeLeft , потому что оно нам ещё понадобится. К переменной таймера мы прибавляем период, умноженный на количество переполнений. Если вызов таймера не был пропущен – то умножать мы будем на 1. Целочисленное деление (timeLeft / period) позволяет получить целое количество переполнений, поэтому скобки стоят именно так. Данная конструкция таймера позволяет жёстко соблюдать период выполнения и не боится пропущенных вызовов, но требует нескольких дополнительных вычислений, в том числе “дорогое” деление, не забывайте об этом.

Переполнение

Напомню, что uint32_t это второе название типа данных unsigned long , просто оно короче в записи. Почему переменная должна быть именно такого типа? Потому что функция millis() возвращает именно этот тип данных, т.е. если мы сделаем нашу переменную например типа int , то она переполнится через 32.7 секунды. Но миллис тоже ограничен числом 4 294 967 295, и при переполнении тоже сбросится в 0. Сделает он это через 4 294 967 295 / 1000 / 60 / 60 / 24 = 49.7 суток. Значит ли это, что наш таймер “сломается” через 50 суток? Нет, рассмотренные выше конструкции таймеров спокойно переживают переход через 0 и работает дальше, не верьте диванным экспертам, проверьте =)

Почему эта конструкция работает и не ломается? Потому что мы используем беззнаковый тип данных, который при переполнении начинает считать с нуля. Подробнее об этом читайте в уроке про вычисления. Таким образом когда миллис становится равен нулю и растёт, а мы вычитаем из него огромное число – получаем не отрицательное, а вполне корректное значение, которое является временем с предыдущего сброса таймера. Поэтому конструкция не то что продолжает работать через

50 суток, но и проходит момент “переполнения” без потери периода!

И вот так мы можем например 10 раз в секунду опросить датчик, фильтровать значения, и два раза в секунду выводить показания на дисплей. И три раза в секунду мигать лампочкой. Почему нет? Рассмотрим ещё несколько алгоритмов.

Варианты использования millis()

В классическом варианте таймера нам приходится создавать отдельную 32-х битную переменную под каждый таймер. Весьма расточительно! Давайте рассмотрим другие варианты организации периодических действий на базе счётчика аптайма millis() :

Казалось бы, очень крутой и простой алгоритм… но использовать его нельзя по целому ряду причин:

• Операция “остаток от деления” довольно тяжёлая и медленная, размещение нескольких таких “таймеров” в основном цикле программы сильно увеличит время его выполнения и замедлит работу всей программы в целом!
• В реальной программе может создаться задержка продолжительностью дольше 1 мс (например вывод на матрицу адресных светодиодов занимает

30 мс) и существует довольно высокий риск пропуска такого “таймера”!

В то же время условие срабатывания таймера будет верно целую миллисекунду (что целая вечность для микроконтроллера) и действие по таймеру может выполниться несколько раз подряд, что недопустимо в большинстве случаев!

Вывод: ни в коем случае не используйте данную конструкцию.

Либо вот такой вариант, он не уходит в отличие от предыдущего (разбирали разницу в главе “Таймер на millis()”). Разница напомню в способе сброса таймера.

Пользоваться очень просто: добавьте указанный выше макрос в самое начало кода и вызывайте его как функцию

Единственное ограничение: нельзя вызывать макрос больше одного раза в одном и том же блоке кода, это приведёт к ошибке =) То есть вот так нельзя:

Если очень нужна такая конструкция – помещаем каждый вызов в свой блок кода:

Либо используем блоки кода по условиям или как отдельную функцию, которая “оборачивает” макрос:

Источник