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一、millis()函数的原理

在使用Arduino进行开发时，我们经常会使用到millis()函数。这个函数的作用是返回程序运行时间（以毫秒为单位）。这个函数的实现原理是基于计算机系统中的定时器中断。

当你调用millis()函数时，它会返回自外部中断0引脚上次触发的时间（以毫秒为单位）。如果你记录了当前时刻，你可以将两个时刻的差值转换成你需要的时间单位，以实现时间测量、定时和延时等操作。

每个定时器中断的时间间隔为1毫秒（或4毫秒），也就是说，如果你运行了一段时间，你可能会在外部中断0引脚上看到一条稳定的PWM波形。

    unsigned long lastTime = 0;
    unsigned long currentTime = millis();
    unsigned long timeInterval = currentTime - lastTime; // 计算时间间隔
    lastTime = currentTime; // 更新上一次时间戳

二、millis()函数的优势

在嵌入式系统中，对于延时和时间间隔的测量是非常基础、常用也容易出错的操作。在以前，我们通常会使用delay函数或者外部计时器的计数器进行测量。

但是，这两种方法都不能很好地适应多任务和异步操作的需求。使用delay函数会阻塞整个系统，而使用计数器会强制你手动调用计数器和计时器中断的计数。在复杂的系统中，这些操作会占用大量的CPU时间，导致系统响应缓慢甚至崩溃。

与这些方法相比，使用millis()函数具有一些优势：

  • millis()函数不会阻塞整个系统，因为它只是返回计时器中断的时间戳。
  • millis()函数非常准确，因为它使用系统硬件定时器。
  • millis()函数非常容易使用，因为它只需要一个简单的函数调用。

三、millis()函数的应用

在使用millis()函数进行时间测量和延时时，你需要知道当前时间戳和上一次时间戳之间的差值。通常情况下，你需要定义一个全局变量来存储上一次时间戳。

在Arduino中，我们可以使用millis()来实现很多应用。比如：

  • 时间控制，定时器、计数器和闹钟系统的实现。
  • 按键消抖（当按键按下时，等待一段时间以消抖，以确定按键是否真正按下）。
  • 物品测距，当超声波发生器和接收器之间没有障碍物时，通过测量信号发出和返回的时间来计算距离。
  • 太阳能利用，使用光敏传感器来测量光线强度，并根据测量结果来调整太阳能板的朝向。

四、代码示例

下面是一个使用millis()函数实现闪烁LED的简单代码示例：

    void setup() {
      pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
    }
    
    void loop() {
      unsigned long currentTime = millis();
      static unsigned long lastTime = 0;
      unsigned long interval = 1000; // 闪烁间隔
      if (currentTime - lastTime >= interval) {
        lastTime = currentTime;
        digitalWrite(LED_BUILTIN, !digitalRead(LED_BUILTIN)); // 翻转LED状态
      }
    }

这个程序会使内置LED在1秒钟内翻转一次。在每次循环中，它会检查当前时间戳和上一次时间戳之间的时间间隔。如果时间间隔超过了闪烁间隔，就会翻转LED状态。

五、总结

通过这篇文章的阐述，我们更深入的理解了Arduino中的millis()函数。我们了解了它的优点和原理，并了解了它的一些应用场景。在实际的应用中，我们可以根据具体的需求来使用这个函数，从而达到更高效的开发结果。