深入理解Arduino中的millis()函數

一、millis()函數的原理

在使用Arduino進行開發時，我們經常會使用到millis()函數。這個函數的作用是返回程序運行時間（以毫秒為單位）。這個函數的實現原理是基於計算機系統中的定時器中斷。

當你調用millis()函數時，它會返回自外部中斷0引腳上次觸發的時間（以毫秒為單位）。如果你記錄了當前時刻，你可以將兩個時刻的差值轉換成你需要的時間單位，以實現時間測量、定時和延時等操作。

每個定時器中斷的時間間隔為1毫秒（或4毫秒），也就是說，如果你運行了一段時間，你可能會在外部中斷0引腳上看到一條穩定的PWM波形。

    unsigned long lastTime = 0;
    unsigned long currentTime = millis();
    unsigned long timeInterval = currentTime - lastTime; // 計算時間間隔
    lastTime = currentTime; // 更新上一次時間戳

二、millis()函數的優勢

在嵌入式系統中，對於延時和時間間隔的測量是非常基礎、常用也容易出錯的操作。在以前，我們通常會使用delay函數或者外部計時器的計數器進行測量。

但是，這兩種方法都不能很好地適應多任務和非同步操作的需求。使用delay函數會阻塞整個系統，而使用計數器會強制你手動調用計數器和計時器中斷的計數。在複雜的系統中，這些操作會佔用大量的CPU時間，導致系統響應緩慢甚至崩潰。

與這些方法相比，使用millis()函數具有一些優勢：

• millis()函數不會阻塞整個系統，因為它只是返回計時器中斷的時間戳。
• millis()函數非常準確，因為它使用系統硬體定時器。
• millis()函數非常容易使用，因為它只需要一個簡單的函數調用。

三、millis()函數的應用

在使用millis()函數進行時間測量和延時時，你需要知道當前時間戳和上一次時間戳之間的差值。通常情況下，你需要定義一個全局變數來存儲上一次時間戳。

在Arduino中，我們可以使用millis()來實現很多應用。比如：

• 時間控制，定時器、計數器和鬧鐘系統的實現。
• 按鍵消抖（當按鍵按下時，等待一段時間以消抖，以確定按鍵是否真正按下）。
• 物品測距，當超聲波發生器和接收器之間沒有障礙物時，通過測量信號發出和返回的時間來計算距離。
• 太陽能利用，使用光敏感測器來測量光線強度，並根據測量結果來調整太陽能板的朝向。

四、代碼示例

下面是一個使用millis()函數實現閃爍LED的簡單代碼示例：

    void setup() {
      pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
    }
    
    void loop() {
      unsigned long currentTime = millis();
      static unsigned long lastTime = 0;
      unsigned long interval = 1000; // 閃爍間隔
      if (currentTime - lastTime >= interval) {
        lastTime = currentTime;
        digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN)); // 翻轉LED狀態
      }
    }

這個程序會使內置LED在1秒鐘內翻轉一次。在每次循環中，它會檢查當前時間戳和上一次時間戳之間的時間間隔。如果時間間隔超過了閃爍間隔，就會翻轉LED狀態。

五、總結

通過這篇文章的闡述，我們更深入的理解了Arduino中的millis()函數。我們了解了它的優點和原理，並了解了它的一些應用場景。在實際的應用中，我們可以根據具體的需求來使用這個函數，從而達到更高效的開發結果。