Леший в мире Ардуины: Multiple

Показаны сообщения с ярлыком Multiple. Показать все сообщения

суббота, 14 сентября 2013 г.

Мигаем без delay() с комфортом

В прошлой статье Делаем несколько дел одновременно-периодически мы посмотрели как можно делать несколько переодически дел одновременно.Но неужели нам каждый раз нужно делать столько "ручной работы" (заводить переменные, возможно отдельный функции)?
В принципе - да. Тем более что завести одну перемененную, одно условие и одно присваивание для каждого случая "нужно периодическое действие" - не такая уж великая работа. Но... программисты народ ленивый, все что можно - стараются автоматизировать, поэтому мы вверху скетча можем разместим такой "магический макрос"

к сожалению обсуждение написание макросов выходит за рамки данной статьи. фактически этот макрос - изложение прошлой статьи на языке понятном компилятору. что-бы "черновую работу" - он делал за нас

Размещаем вверху скетча что-то такое:

#define DO_EVERY_V(varname,interval,action) \
static unsigned long __lastDoTime_##varname = 0; \
if( (millis()-__lastDoTime_##varname>interval )){ \
  {action;}\
  __lastDoTime_##varname=millis();\
}\
#define DO_EVERY_V_1(varname,interval,action)  DO_EVERY_V(varname,interval,action)
#define DO_EVERY(interval,action) DO_EVERY_V_1(__LINE__,interval,action)

После этого мы можем писать в нашем скетче периодически действия в таком виде:

DO_EVERY(ИНТЕРВАЛ_ДЕЙСТВИЯ_В_МИЛЛИСЕКУНДАХ, ЧТО_НУЖНО_СДЕЛАТЬ);

или, если нам нужно выполнить несколько действий в таком

  DO_EVERY(ИНТЕРВАЛ_ДЕЙСТВИЯ_В_МИЛЛИСЕКУНДАХ,{
       ЧТО_НУЖНО_СДЕЛАТЬ1;
       ЧТО_НУЖНО_СДЕЛАТЬ2;
       ....
  });

Все. Дальше компилятор сам "развернет" DO_EVERY в объявление переменной, проверку "наступило-ли время" и т.п.

Наш пример из прошлой статьи можно переписать в таком виде:

/* Blink without Delay
 2013
 by alxarduino@gmail.com
 http://alxarduino.blogspot.com/2013/09/ComfortablyBlinkWithoutDelay.html
 */
 
#define LED_PIN  13      // номер выхода,подключенного к светодиоду
#define  BLINK_INTERVAL  5000UL  // интервал между включение/выключением светодиода (5 секунд)
#define PRINT_INTERVAL 1000UL  // периодичность вывода времени в Serial (1 cекунда)
#define SERIAL_SPEED 9600 // скорость работы Serial

#define DO_EVERY_V(varname,interval,action) \
static unsigned long __lastDoTime_##varname = 0; \
if( (millis()-__lastDoTime_##varname>interval )){ \
  {action;}\
  __lastDoTime_##varname=millis();\
}\

#define DO_EVERY_V_1(varname,interval,action)  DO_EVERY_V(varname,interval,action) 
#define DO_EVERY(interval,action) DO_EVERY_V_1(__LINE__,interval,action)


 
void setup() {
  // задаем режим выхода для порта, подключенного к светодиоду
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);      
  
  // задаем скорость работы ком-порта
  Serial.begin(SERIAL_SPEED);
  
  
}
 
void loop()
{
  // мигаем диодом   (периодически переключаем его состоянии)
  DO_EVERY(BLINK_INTERVAL,digitalWrite(LED_PIN,!digitalRead(LED_PIN))); 
  
  // периодически выводим время в Serial
  DO_EVERY(PRINT_INTERVAL,{
    Serial.print("Current time:");
    Serial.println(millis());
  });

}

Все хорошо, но... что-то меня пугает

loop() у нас стал гораздо более лаконичным. Фактически в нем осталось только "что нам нужно делать", без "технической кухни", но все-таки, вот эта "магия в начале скетча" выглядит несколько "ошарашивающе". Захламляет саму суть скетча. Кухня осталась, просто переехала в другое место.

А можно ли как-то обойтись без вставки этого макроса? К сожалению - нет. Должен же компилятор как-то узнать "как обеспечивать переодичность". Но, хорошая новость, мы можем "спрятать" все это "за кулисы". Что-бы оно было, но не мозолило глаза.

Я оформил этот макрос в виде библиотеки (хотя, конечно "библиотека" - это громко сказано :)

Cкачиваем библиотеку отсюда https://bitbucket.org/alxarduino/leshakutils

Скачиваем "свежую версию"
Распаковываем в папку [путь к вашей ArduinoIDE]\libraries\Распаковываем вместе с именем папки.
Переименовываем распакованную папку из имени вида "alxarduino-leshakutils-3ef5efa1498a" в "LeshakUtils"
В результате все файлы должны попасть в папку [путь к вашей ArduinoIDE]\libraries\LeshakUtils\
Перезапускаем ArduinoIDE (!!! Важно, без этого на найдет новую библиотеку)

Теперь , что-бы наша магия заработала, нам, вверху скетча нужно добавить всего одну строку (вместо того "страшного прицепа"):

#define <TimeHelpers.h>

Теперь наш пример выглядит так:

/* Blink without Delay
 2013
 by alxarduino@gmail.com
 http://alxarduino.blogspot.com/2013/09/ComfortablyBlinkWithoutDelay.html
 */
 
#include <TimeHelpers.h>  
 
#define LED_PIN  13      // номер выхода,подключенного к светодиоду
#define  BLINK_INTERVAL  _SEC_(5)  // интервал между включение/выключением светодиода (5 секунд)
#define PRINT_INTERVAL _SEC_(1)  // переодичность вывода времени в Serial (1 cекунда)
#define SERIAL_SPEED 9600 // скорость работы Serial


 
void setup() {
  // задаем режим выхода для порта, подключенного к светодиоду
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);      
  
  // задаем скорость работы ком-порта
  Serial.begin(SERIAL_SPEED);
}
 
void loop()
{
  // мигаем диодом   (переодически переключаем его состоние)
  DO_EVERY(BLINK_INTERVAL,digitalWrite(LED_PIN,!digitalRead(LED_PIN))); 
  
  // переодически выводим время в Serial
  DO_EVERY(PRINT_INTERVAL,{
    Serial.print("Current time:");
    Serial.println(millis());
  });
  
}

Все. Теперь у нас все чисто и опрятно.

А что это за _SEC_()?

Если вы внимательно смотрели на прошлый скетч, то заметили что у нас произошло еще одно изменение: интервалы я теперь задал в секундах, а не в миллисекундах.

Это стало возможно, потому что в библиотеку я добавил еще "макросы помогалки" переводящие секунды/минуты/часы/дни в миллисекунды (ну лениво мне каждый раз высчитывать сколько миллисекунд в часе : и считать количество нулей в длинной цифре типа 60000):

#define _SEC_(sec) 1000UL*sec
#define _MIN_(mn)  _SEC_(60*mn)
#define _HR_(h)  _MIN_(60*h)
#define _DAY_(d) _HR(24*d)

Так что теперь, если мне нужно, скажем, что-бы диод мигал раз 10-ть минут, а время выводилось в serial раз в два часа - я могу прямо так и написать:

#define  BLINK_INTERVAL  _MIN_(10) 
#define PRINT_INTERVAL _HR_(2)

Но это - по желанию. Если привыкли все писать в миллисекундах - это возможность сохранилась. Просто "пишем цифру" как и раньше

#define PRINT_INTEVAL 7200000UL // 2 часа

А в чем преимущество перед другими библиотеками?

Действительно, для выполнения переодических для ардуины до меня написана далеко не одна библиотека (который используют прерывания таймеров, или как и наша работает через millis())

Скажем библиотека Arduino Playground - SimpleTimer Library ("идеологически" - она очень близка к нашему подходу. внутри у нее -тоже millis() используется).

В первую очередь - мне просто хотелось написать "свою" :) Во вторых - я не буду отговаривать вас использовать SimpleTimer. Она умеет больше чем моя "библиотека" (моя, пока умеет только периодическое действие выполнять). Но... за счет того что моя библиотека сделана с помощью макросов, а не объектов - само ее подключение не приводит к дополнительному расходу памяти. Она более "легковестная". У меня расход памяти будет в точности таким же как если бы мы "все писали руками".

Вообщем под разные ситуации - разные библиотеки будут более удобными. В каких-то случаях SimpleTimer предпочтительней, в каких-то - моя.

UPD1:

Раз в коментариях возник вопрос, попробую объяснить "почему тут не будет переполнения".

Оно будет. Но будет "два раза". После того как millis() перепрыгнет границу и начнет опять отсчет с нуля можно заподозрить что выражение if(millis()-lastDoTime>inteval) больше никогда не сработает. Так как разница (millis()-lastDoTime) - будет отрицательной (пока millis() опять не станет боьлше lastDoTime). И соответственно всегда меньше любого интервала.

Но.... это в математике. А тут нам нужно еще помнить про типы. И то что время мы храним в unsigned long. Следовательно отрицательных чисел - у нас просто не бывает. Попытка сохранить отрицательное числов в беззнаковую переменную, опять вызовет переполнение-переход. Только "в обратную сторону". И интервал (millis()-lastDoTime) - все-таки будет правильным. Несмотря на переполнение.

Что-бы это все "легче представить" (и не путать мозг "большими числами"). Представим что у нас время у нас вообще хранится в byte ( тоже безнаковый). Он "переполнится" уже на числах больше 255.

void setup(){
  Serial.begin(9600);
  byte interval=10;
  byte lastDoTime=250;

  // две "эмуляции millis()" после переполнения. Обе - меньше lastDoTime
  byte millis1=2; // не прошло еще время выполнение
  byte millis2=20; // прошло

  byte diff1=millis1-lastDoTime;
  byte diff2=millis2-lastDoTime;

  Serial.println(diff1); // нет, тут не -253, а 8-мь, отрицательное число тоже "переполнит", 
  Serial.println(diff2); // а тут у нас 26
  
  Serial.println(diff1>interval); // false - еще не прошло достаточно времени
  Serial.println(diff2>interval); // true - а вот теперь прошло.
}
void loop(){}

Если все равно, не понятно как происходит "переполнение в обратную сторону" и откуда там взялись 8 и 26, то можно рассмотреть такой пример.

Предположим нам нужно "прикинуть", что сохранится в переменную в таком случае
byte diff3=5-10;

Давайте эту -10, разобьем на слагаемые.

diff3=5-(5+1+4)
Откроем скобки
diff3=5-5-1-4 = (0 - 1) -4

Вот в это 0-1, в случае byte, дает нам в результате не -1, максимальное число 255.
У нас числовая ось, как-бы "закольцована" (в обе стороны).
diff3=(0-1)-4= 255 -4 = 251;

Поэтому сделав println(diff3), мы увидим выводе 251, а не -5

воскресенье, 8 сентября 2013 г.

Делаем несколько дел одновременно-периодически

продолжение статьи МИГАЕМ СВЕТОДИОДОМ БЕЗ DELAY() или всегда ли официальный примеру учат "хорошему".

Сразу оговорюсь, в рамках 8-ми битных контроллеров настоящей одновременности добится невозможно (только если какое-то действие будет выполняется независимым аппаратным блоком, например - генерация PWM). Но для подавляющего большинства задач - хватает "псевдо-одновременности". Когда контроллер по очереди "хватается" то за одно дело, то за другое. Если на каждом "деле" он не задерживается слишком на долго, то с точки зрения человека это выглядит как "одновременно".
Типичный пример чем может одновременно заниматься контроллер:

мигать диодом (периодически переключать его состояние)
читать датчик температуры
слушать приходящие команды из Serial
сообщать о текущем состоянии переменных в Serial

Так как каждое из этих действий выполняется контроллером за микросекунды (миллисекунды в худшем случае), то пробегая раз за разом по этому списку - мы создадим иллюзию одновременности. Главное - не задерживаться на одном месте не долго. Скажем при мигании диодом - не использовать функцию delay() (она полностью останавливает выполнение скетча на какое-то время).

В принципе, как обходится без delay() - мы уже умеем благодаря примеру [src="blink..."]. Так же в прошлой статье [src....] мы детально разобрали стилистические ошибки этого примера и постарались его улучшить. Так что сделать, по образу и подобию этого примера два одновременных периодических действия - не должно составить проблемы. Просто заводим для каждого действия заводим свою переменную previousTime (естественно имя чуть-чуть меняем) и оборачиваем действий в if(millis()-previousTime)

Два дела сразу

Скажем мы хотим мигать диодом раз в пол-секунды и, при этом выводить, раз в секунду, в Serial текущие значение millis() (что-бы даже не видя ардуины физически иметь уверенность что скетч не завис).

Полностью по аналогии со скетчем из предыдущей статьи

/* Blink And Print Without Delay
 2013
 by alxarduino@gmail.com
 http://alxarduino.blogspot.com/2013/09/BlinkAndPrintWithoutDelay.html
 */
 
#define LED_PIN  13      // номер выхода,подключенного к светодиоду
#define  BLINK_INTERVAL  5000UL  // интервал между включение/выключением светодиода (5 секунд)
#define PRINT_INTERVAL 1000UL  // периодичность вывода времени в Serial (1 cсекунда)
#define SERIAL_SPEED 9600 // скорость работы Serial
 
void setup() {
  // задаем режим выхода для порта, подключенного к светодиоду
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);      
  
  // задаем скорость работы ком-порта
  Serial.begin(SERIAL_SPEED);
  
  
}
 
void loop()
{
  // мигаем диодом   (периодически переключаем его состояние)
  static unsigned long prevBlinkTime = 0; // время когда последний раз переключали диод
  if(millis() - prevBlinkTime > BLINK_INTERVAL) {
    prevBlinkTime = millis();  // 
    digitalWrite(LED_PIN,!digitalRead(LED_PIN)); 
  }
  
  // периодически выводим millis() в Serial
  static unsigned long prevPrintTime=0;
  if(millis()-prevPrintTime>PRINT_INTERVAL){
    prevPrintTime=millis();
    
    Serial.print("Current time:");
    Serial.println(millis());

  }
  
}

Причесываем код

Но подобный, сильно большой loop() - признак плохого тона. Не хорошо когда функция имеет слишком много обязанностей. Пока у нас только два периодических действия, а если будет 10-ть? Получится "простыня" в которой трудно ориентироваться. Поэтому мы каждую "смысловую единицу" (мигание диодом и вывод времени) вынесем в отдельные функции и будем вызвать их из loop()

/* Blink And Print Without Delay
 2013
 by alxarduino@gmail.com
 http://alxarduino.blogspot.com/2013/09/BlinkAndPrintWithoutDelay.html
 */
 
#define LED_PIN  13      // номер выхода,подключенного к светодиоду
#define  BLINK_INTERVAL  5000UL  // интервал между включение/выключением светодиода (5 секунд)
#define PRINT_INTERVAL 1000UL  // периодичность вывода времени в Serial (1 cекунда)
#define SERIAL_SPEED 9600 // скорость работы Serial
 
void setup() {
  // задаем режим выхода для порта, подключенного к светодиоду
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);      
  
  // задаем скорость работы ком-порта
  Serial.begin(SERIAL_SPEED);
  
  
}
 
void loop()
{
  blinkLed(BLINK_INTERVAL);  // мигаем
  printTime(PRINT_INTERVAL); // выводим время
}

// мигает диодом с периодичностью interval
void blinkLed(unsigned long interval ){
  static unsigned long prevTime = 0; // время когда последний раз переключали диод
  if(millis() - prevTime > interval) {
    prevTime = millis();  // 
    digitalWrite(LED_PIN,!digitalRead(LED_PIN)); 
  }
}

// выводит в Serial время с периодичностью interval
void printTime(unsigned long interval){
  static unsigned long prevTime=0;
  if(millis()-prevTime>interval){
    prevTime=millis();
    
    Serial.print("Current time:");
    Serial.println(millis());

  }
}

Шаблон/Заготовка

Как видите, благодаря тому что мы, с помощью ключевого слово static, "спрятали" объявление prevTime внутрь функции (но при этом сохранили ее способность сохранять значение при выходе из функции подобно глобальной переменной) мы смогли внутри обеих функций (blinkLed и printTime) использовать одно и тоже имя переменной prevTime. Нам теперь не нужно хмурить мозг что-бы каждый раз придумывать новое уникальное имя переменное. Более того, у нас получилась как-бы "универсальная заготовка периодической функции".

// "заготовка/шаблон функции" которая периодически выполняет КАКОЕ-ТО-ДЕЙСТВИЕ
void somePeriodical(unsigned long interval){
  static unsigned long prevTime=0;
  if(millis()-prevTime>interval){
    prevTime=millis();
    
    КАКОЕ-ТО-ДЕЙСТВИЕ;

  }
}

Теперь, когда нам понадобится занятся "еще чем-нибудь" время от времени. Мы возмем этот шаблон. Вместо имени somePeriodical дадим более осмысленное имя, впишем действие которое нам нужно, и вызовем эту функцию из loop()

А зачем нужен параметр функции?

Так же, если вы заметили, этот шаблон не содержит жестко прописанного интервала времени. Мы его "подаем снаружи" с помощью параметра функции. Это дает нам возможность, примеру, сам интервал мигания положить в какую-то переменную и менять его по мере надобности (ну скажем в зависимости от температуры).

Или, мигать с разной частотой в зависимости от того нажата кнопка или нет. Примерно так:

void loop(){
  
  if(digitalRead(PIN_BUTTON)) blinkLed(BLINK_INTERVAL)
                        else blinkLed(BLINK_INTERVAL*2); // в два раза медленее
  .....
}

Тут мы мигаем либо с нормальной, либо с половинной частотой в зависимости от того HIGH или LOW уровень сейчас на пине PIN_BUTTON (нажата или нет кнопка)

На сегодня все. В следующий раз рассмотрим попробуем "сделать себе удобно". Посмотрим как можно сделать что-бы ради мелочи (например нам нужно периодически выводить значение какой-то переменной, причем код нужне "на 2 минуты", в отладочных целях, потом его выкинем) не заводить целую специальную функцию, не выписывать "прицеп" из if-а и milis() и т.п.

P.S. Задать вопросы и почитать обсуждение вы можете либо в комментариях ниже, либо на сайте arduino.ru в ветке Еще раз мигаем светодиодом без Delay | Аппаратная платформа Arduino

UPD: Оформил этот прием в виде библиотеки. Про это следующая статья: Мигаем без delay() с комфортом

суббота, 14 сентября 2013 г.