Arduino多任务教程

在多任务已经导致了计算机革命，其中一个或多个程序可以同时运行从而提高了效率，灵活性，适应性和效率。在嵌入式系统中，微控制器还可以处理多任务，并同时执行两个或多个任务，而无需暂停当前指令。

在本教程中，我们将学习Arduino如何使用 Arduino millis功能执行多任务处理。通常，在Arduino中使用 delay（） 函数来执行诸如LED闪烁之类的定期任务，但是该delay（）函数会使程序暂停一定的时间，并且不允许其他操作执行。因此，本文说明了如何避免使用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，让我们从低估多任务处理开始。

什么是多任务处理？

多任务只是意味着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。当用户同时运行电子邮件应用程序，Internet浏览器，媒体播放器，游戏时，如果用户不希望使用该应用程序，则它会在后台运行（如果未关闭），这是计算机中多任务的一个很好的例子。最终用户同时使用所有这些应用程序，但是OS对此概念稍有不同。让我们讨论一下OS如何管理多任务。

如图所示，CPU将时间分为三个相等的部分，并将每个部分分配给每个任务/应用程序。这就是大多数系统中完成多任务处理的方式。Arduino多任务处理的概念几乎相同，只是时间分配有所不同。由于Arduino的运行频率较低，RAM与笔记本电脑/移动设备/ PC相比，因此分配给每个任务的时间也将有所不同。Arduino还具有被广泛使用的 delay（） 函数。但是在开始之前，让我们讨论一下为什么不应该在任何项目中使用 delay（） 函数。

为什么要在Arduino中跳过delay（）？

如果考虑Arduino的参考文档，则有两种类型的延迟函数，第一种是delay（），第二种是delayMicroseconds（）。就产生延迟而言，这两个功能是相同的。唯一的区别是，在delay（）函数中，传递的参数整数以毫秒为单位，即，如果我们编写delay（1000），则延迟将为1000毫秒，即1秒。类似地，在delayMicroseconds（）函数中，传递的参数以微秒为单位，即，如果我们编写delayMicroseconds（1000），则延迟将为1000微秒，即1毫秒。

到了这一点，两个函数都将程序暂停一段延迟函数中经过的时间。因此，如果我们给出1秒的延迟，那么处理器必须经过1秒才能转到下一条指令。同样，如果延迟为10秒，则程序将停止10秒，并且处理器将不允许经过下一个指令，直到经过10秒。在速度和执行指令方面，这会影响微控制器的性能。

解释延迟功能缺点的最佳示例是使用两个按钮。考虑我们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应发光2秒钟，类似地，如果按下第二个按钮，则LED应发光4秒钟。但是，当我们使用delay（）时，如果用户按下第一个按钮，则程序将停止2秒钟；如果用户在延迟2秒钟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（）函数说明的注释和警告中明确提到了这一点。您可以检查一下以使其更加清晰。

为什么要使用millis（）？

为了克服使用延迟引起的问题，开发人员应该使用 Millis（） 函数，一旦习惯 后就 可以轻松使用它，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（）是一个函数，它仅返回自Arduino开发板开始运行当前程序起经过的毫秒数，而不会冻结程序。大约50天后，该时间数字将溢出（即返回零）。

就像Arduino具有delayMicroseconds（）一样，它也具有millis（）的微版本作为micros（）。micros和millis之间的区别在于，与50天的millis（）相比，micros（）将在大约70分钟后溢出。因此，根据应用程序，您可以使用millis（）或micros（）。

使用millis（）而不是delay（）：

要将millis（）用于计时和延迟，您需要记录并存储操作开始的时间，然后间隔检查所定义的时间是否过去。因此，如上所述，将当前时间存储在变量中。

unsigned long currentMillis = millis（）;

我们还需要两个变量来确定所需时间是否已过去。我们将当前时间存储在 currentMillis 变量中，但是我们还需要知道计时周期从何时开始以及该周期有多长。因此，声明了Interval和 previousMillis 。时间间隔将告诉我们时间延迟，previosMillis将存储事件的上一次发生时间。

未签名的长期以前的Millis; 无符号长周期= 1000;

为了理解这一点，让我们以一个简单的LED闪烁为例。周期= 1000将告诉我们LED会闪烁1秒钟或1000ms。

const int ledPin = 4; //连接的LED引脚号 int ledState = LOW; //用于将LED状态设置为 无符号长long previousMillis = 0; //将存储上一次LED闪烁的时间 const long period = 1000; //毫秒内闪烁的时间段 void setup（）{ pinMode（ledPin，OUTPUT）; //将ledpin设置为输出 } void loop（）{ unsigned long currentMillis = millis（）; // //存储当前时间 if（currentMillis-previousMillis> = period）{//检查是否传递了1000ms的 previousMillis = currentMillis; //保存上一次LED闪烁的时间， 如果（ledState == LOW）{//如果LED熄灭，则将其打开，反之亦然， ledState = HIGH; }其他{ ledState = LOW; } digitalWrite（ledPin，ledState）; //将LED设置为ledState再次闪烁 } }

在这里，声明 =期间）> 检查是否已过去1000毫秒。如果经过1000毫秒，则LED闪烁并再次进入相同状态。这样下去。就是这样，我们已经学会了使用毫秒而不是延迟。这样，它就不会在特定间隔内暂停程序。

Arduino中的中断与其他微控制器中的中断相同。Arduino UNO板有两个单独的引脚，用于在GPIO引脚2和3上附加中断。我们在 Arduino中断教程中对其进行了详细介绍，您可以在其中了解有关中断以及如何使用它们的更多信息。

在这里，我们将通过同时处理两个任务来展示Arduino Multitasking。任务将包括两个LED在不同的时间延迟中闪烁以及一个按钮，该按钮将用于控制LED的ON / OFF状态。因此，将同时执行三个任务。

所需组件

• Arduino UNO
• 三个LED（任何颜色）
• 电阻（470，10k）
• 跳线
• 面包板

电路原理图

演示使用Arduino Millis（）功能的电路图 非常简单，并且没有要连接的太多组件，如下所示。

为多任务编程Arduino UNO

对Arduino UNO进行多任务编程将仅需要millis（）工作原理的逻辑，如上所述。建议在开始对Arduino UNO进行多任务编程之前，反复使用 millis 练习闪烁LED ，以使逻辑清晰并让自己适应millis（）。在本教程中，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就会切换到ON或OFF状态。

编程从声明连接LED和按钮的引脚号开始。

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

接下来，我们编写一个变量来存储LED的状态以备将来使用。

int ledState1 = LOW; int ledState2 = LOW;

就像上面的眨眼示例中所解释的那样，声明了period和previousmillis的变量以比较LED并产生延迟。第一个LED每隔一秒钟闪烁一次，另一个LED在每隔200ms闪烁一次。

unsigned long前一个Millis1 = 0; const long period1 = 1000; unsigned long前一个Millis2 = 0; const long period2 = 200;

另一个毫秒功能将用于产生反跳延迟，从而避免多次按下按钮。将有与上述类似的方法。

int debouncePeriod = 20; int debounceMillis = 0;

这三个变量将用于将按钮的状态存储为中断，切换LED和按钮状态。

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

定义引脚的作用，即哪个引脚将用作输入或输出。

pinMode（led1，输出）; pinMode（LED2，输出）; pinMode（toggleLed，输出）; pinMode（pushButton，INPUT）;

现在，通过将中断附加到ISR和中断模式来定义中断引脚。请注意，在声明 attachInterrupt（） 函数以将实际数字引脚转换为特定的中断号时，建议使用 digitalPinToInterrupt（pin_number） 。

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

写入了中断子例程，它将仅更改buttonPushed标志。请注意，中断子程序应尽可能短，因此请尝试编写该子程序并尽量减少额外的指令。

void pushButton_ISR（） { buttonPushed = true; }

循环从将Millis值存储在currentMillis变量开始，该变量将存储每次循环迭代时所经过的时间值。

unsigned long currentMillis = millis（）;

多任务处理共有三项功能，一秒闪烁一个LED，一秒闪烁200ms，如果按下按钮，则关闭/开启LED。因此，我们将编写三个部分来完成此任务。

第一个是通过比较经过的毫秒数，每隔1秒切换一次LED状态。

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

类似地，其次，它通过比较经过的毫秒数，每200毫秒切换一次LED。该解释已在本文前面进行了解释。

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

最后，对 buttonPushed 标志进行监视，并在产生20ms的反跳延迟后，仅切换LED的状态，该状态对应于作为中断连接的按钮。

if（buttonPushed = true）//检查是否调用了ISR { if（（（currentMillis-debounceMillis）> debouncePeriod && buttonPushed）// //产生20ms的反跳延迟，以避免多次按下 { debounceMillis = currentMillis; //保存最后的反跳延迟时间， 如果（digitalRead（pushButton）== LOW && lastState == HIGH）//按下按钮后更改led { ledChange =！ ledChange; digitalWrite（toggleLed，ledChange）; lastState = LOW; } 否则，如果（digitalRead（pushButton）== HIGH && lastState == LOW） { lastState = HIGH; } buttonPushed = false; } }

这就完成了Arduino millis（）教程。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即可。您还可以扩展它以使用电动机，伺服电动机，传感器和其他外围设备。如有任何疑问，请写信给我们的论坛或在下面发表评论。

下面提供了用于演示在Arduino中使用millis功能的完整代码和视频。