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外观

8. 定时器 ​

8.1 定时器介绍 ​

  定时器是单片机内部集成，可以通过编程控制。单片机的定时功能是通过计数来实现的，当单片机每一个机器周期产生一个脉冲时，计数器就加一。定时器的主要功能是用来计时，时间到达之后可以产生中断，提醒计时时间到，然后可以在中断函数中去执行功能。比如我们想让一个 led 灯 1 秒钟翻转一次，就可以使用定时器配置为 1 秒钟触发中断，然后在中断函数中执行 led 翻转的程序。

8.2 硬件定时器和软件定时器 ​

定时器可以基于硬件也可以基于软件实现，两者有各自的特点和适用场景：

  • 硬件定时器是由微控制器硬件提供的定时功能，由专门的计时/计数器电路实现。硬件定时器的最大优势在于精确度高和可靠性强，因为它们不受软件任务和操作系统调度的影响。当需要非常精确的定时功能，如产生PWM信号或者获取精确的时间测量时，硬件定时器是首选。由于定时操作由硬件直接完成，即使主CPU忙于其他任务，定时器仍然可以在预定时间到达时准确地执行回调操作。
  • 软件定时器是由操作系统或者软件库实现的定时器，它们利用操作系统提供的机制来模拟定时器功能。软件定时器的实现受到当前系统负载和任务调度策略的影响，因此相对来说不如硬件定时器精确。但是软件定时器通常更灵活，可以创建大量的定时器，适用于不需要精确时间控制的场合。
  •   在某些情况下，软件定时器可能会引起定时精度问题，例如在高负载条件下，或者当系统中有许多其他高优先级任务时。对于不需要高精度的简单延时，软件定时器通常足够使用。

8.3 定时器基本参数 ​

  ESP32S3芯片具有多个硬件定时器，例如 Timer0、Timer1、Timer2 等，每个定时器都包含多个通道。可以通过指定定时器号和通道号来选择具体使用的定时器和通道。基本的定时器参数包括：定时器号、通道号、预分频器、自动重新加载值、定时器中断使能等。

以下是一些基本概念和定时器的共有属性：

  • 计时器（Counter）: 定时器的核心组件，负责持续计数。
  • 定时器溢出（Overflow）: 当计数器达到其最大值然后归零时发生。
  • 预置值（Preset Value）: 计数器达到该值时会产生中断或其它事件。
  • 分频器（Prescaler）: 用于减小计数器接收的时钟信号频率，以延长定时器的最大计时范围。
  • 中断（Interrupt）: 当定时器达到预置值时，可以配置它来产生一个中断，中断处理程序将执行一些任务。

8.4 使用定时器流程 ​

8.4.1 创建定时器对象 ​

在程序顶部声明一个 hw_timer_t 类型的全局变量，用于表示定时器对象。例如：

c
hw_timer_t *timer = NULL;

8.4.2 初始化定时器 ​

在 setup() 函数中初始化定时器。在初始化过程中，设置定时器的周期、以及绑定中断函数。例如：

c
void setup()
{
  // 初始化定时器
  timer = timerBegin(1000000);

  // 使能定时器中断
  timerAttachInterrupt(timer, onTimerISR);

  //设置定时器触发报警的的目标计数值，并且开启无限重复计数
  timerAlarm(timer,1000000,true, 0);
}

  在上面的示例中，使用 timerBegin() 函数初始化定时器，并设置定时器的频率为 1000000Hz，换算成为时间就是每秒计数1000000次，即 1 微秒计一次数。接下来，使用 timerAttachInterrupt() 函数绑定定时器中断服务函数 onTimerISR，并使能定时器中断。

以下为定时器修改函数的说明：

  1. hw_timer_t * timerBegin(uint32_t frequency);：初始化硬件定时器，参数说明：
  • frequency: 设置定时器频率，在该函数的代码中已经为大家配置好了定时器的时钟源，所以我们只需要设置定时器的频率即可。定时器的频率设置会影响到定时器的计时周期。计时周期的确定取决于定时器频率，由于定时器频率在以上代码案例中设置为(1000000Hz)1MHz，因此定时器每计一个数的时间为: 1 / 1000000 = 0.000001 秒 = 1微秒。
  1. void timerAttachInterrupt(hw_timer_t * timer, voidFuncPtr userFunc)：用于将中断处理函数与特定的定时器关联起来，参数含义如下：
  • timer；定时器指针；
  • userFunc: 中断处理函数。
  1. void timerAlarm(hw_timer_t * timer, uint64_t alarm_value, bool autoreload, uint64_t reload_count)：配置定时器的报警或中断值。
  • timer: 定时器指针；
  • alarm_value: 报警值，当定时器从0计数到该值时，会触发中断；
  • autoreload: 是否开启自动重新装载计数值，即当计数到报警值后会变为reload_count然后开始计数。true为开启，false为关闭；
  • reload_count：要重新装载的计数值；

8.4.3 定时器中断服务函数 ​

引用上面的案例，在 onTimerISR() 函数中编写定时器中断处理逻辑，例如读取传感器数据、控制外设等。请根据实际需求编写相应的代码。中断服务函数的名称没有固定要求，只需要按照C格式命名即可；

8.5 硬件连接与准备 ​

本案例通过LED测试定时器的定时效果，将LED状态变化放在定时器中断处理函数中，设置定时器的定时时间为1秒，当定时器的定时时间到时，就会触发中断，将LED的状态改变；

8.6 定时器验证 ​

以下代码基于 arduino V2.3.3版本，esp32 3.1.0-RC1

c
#define LED   48

//定义一个定时器对象
hw_timer_t *timer = NULL;

// 定时器中断处理函数
void timer_interrupt()
{
  //修改LED的状态，如果亮则修改为灭；如果灭则修改为亮
  digitalWrite(LED, !digitalRead(LED));
}

void setup()
{
  //设置LED引脚（48） 为输出模式
  pinMode(LED, OUTPUT);

  // 初始化定时器频率为1MHz
  timer = timerBegin(1000000);

  // 配置定时器中断服务函数
  //定时器0的中断回调函数为timer_interrupt()
  timerAttachInterrupt(timer,timer_interrupt);

  // 设置定时器的计数值
  // 定时器的计数值为1000,000，true为允许自动重载计数值
  // 计数值单位为us,1000,000 us = 1000ms = 1s
  timerAlarm(timer,1000000,true, 0);
}

void loop()
{

}

8.7 定时器效果 ​

每隔一秒亮灭一次。

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