ESP32中的定时器-优快云博客

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本人是初学者，非常愿意与各位多交流。

最近在看到定时器时，觉得还是先弄个简单版的描述，看起来比较有概念。

想象一下你在做饭：

你的大脑（ESP32的主CPU）：正在忙着切菜、看菜谱。
厨房计时器（硬件定时器）：你设定好“10分钟后提醒我关火”，然后就不用管它了，专心切菜。
时间到了（定时器中断）：计时器“叮！”的一声响，提醒你该去关火了。你暂停切菜（当前任务），去关火（执行定时任务），关完火再回来继续切菜。

ESP32 的定时器工作原理几乎一模一样！

ESP32 定时器的核心概念

数量： ESP32 内部有 4 个独立的硬件定时器。想象成你有 4 个独立的厨房计时器（Timer0, Timer1, Timer2, Timer3）。你可以同时使用它们做不同的事情。
功能： 这些定时器主要有两大本领：
- 计时/定时中断： 就像厨房计时器。你设定一个时间间隔（比如 1 秒），时间一到，它就“叮！”（产生一个中断），告诉 CPU：“嘿！时间到了！该干点啥了！” CPU 会暂时停下手头的工作，去执行你预先设定好的任务（比如改变一个LED灯的状态），执行完再回来继续原来的工作。
- 计数： 它可以数外部发生的事情的次数（比如数一个按钮按了多少下），或者自己数内部的“嘀嗒”声。这更像是计数器功能，我们这里主要讲定时。
为啥不用delay()？ 初学者常用delay(1000)让程序停 1 秒。这就像你关火时，必须站在炉子前死死盯着 1 分钟，啥也不能干（CPU 被完全占用，不能做其他任务）。而定时器是后台计时，CPU 在等待期间可以做其他事情（比如切菜、读取传感器），效率高得多！
核心部件：
- 时钟源： 就像计时器的电池。ESP32 定时器通常使用系统主时钟（一般是 80MHz，也就是每秒震动 8 千万次！）。
- 预分频器： 这个很重要！80MHz 太快了。预分频器就像给这个超快速度“减速”。比如设置分频系数为 80，那么定时器实际“嘀嗒”一次的速度就变成了 80,000,000 Hz / 80 = 1,000,000 Hz（1MHz，每秒 100 万次）。
- 计数器： 这是一个可以向上或向下数的数字。它每“嘀嗒”一次（经过分频后的速度）就加 1 或减 1。
- 比较寄存器/自动重装载寄存器： 这是你设定的“目标值”。当计数器数到这个值（向上计数时）或者数到 0（向下计数时），定时器就“到时间了”，触发中断，并且计数器通常会自动重置回初始值，开始下一轮计时。

一个例子：用定时器让 LED 闪烁（不卡顿！）

目标： 让一个 LED 灯每秒闪烁一次（亮 0.5 秒，灭 0.5 秒），同时让 ESP32 的串口每秒打印一次“我在干活呢！”，证明主程序没有被闪烁 LED 的等待卡住。

如何用定时器实现？

选一个计时器： 比如我们用 Timer0。
设定时间间隔： 我们想要 LED 每 0.5 秒改变一次状态（亮->灭或灭->亮）。所以定时器间隔 = 0.5 秒 (500 毫秒)。
配置定时器：
- 时钟源： 默认 80MHz (80,000,000 Hz)。
- 预分频器： 设为 80。这样定时器计数频率 = 80,000,000 / 80 = 1,000,000 Hz (每微秒计数 1 次)。
- 目标值： 我们需要定时器每 0.5 秒中断一次。0.5 秒 = 500,000 微秒。因为计数频率是 1MHz (1次/微秒)，所以计数器数到 500,000 次就是 0.5 秒。这个 500000 就是我们要设置的目标值（自动重装载值）。
中断处理函数： 写一个小函数，专门处理定时器“叮！”的事件。这个函数要尽量短快！它只做一件事：设置一个标志位 timerFlag = true，告诉主程序“时间到了，该改变 LED 了！”（实际改变 LED 的操作放在主循环里，避免在中断里做耗时操作）。
启动定时器： 告诉 Timer0：“开始按我设定的参数计时吧！”
主程序循环：
- 检查 timerFlag 是否为 true。
- 如果是 true，说明定时器中断发生了：
  - 把 timerFlag 设回 false (准备下次)。
  - 改变 LED 的状态 (如果灯是亮的就关掉，如果是灭的就打开)。
- 不管 timerFlag 是什么，每秒打印一次消息（用 millis() 或另一个定时器实现，这里简化说明）。
- 主循环可以做其他事情（比如读取传感器数据、处理网络连接等），它不会被 delay() 卡住。

伪代码:

#include // 包含必要的库

// 定义LED引脚和状态变量
const int ledPin = 2; // 假设LED在GPIO2
bool ledState = false; // LED初始状态（灭）
volatile bool timerFlag = false; // 定时器中断标志

// 中断处理函数 (要简短!)
void IRAM_ATTR onTimer() {
  timerFlag = true; // 只是设置一个标志
}

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT); // 设置LED为输出
  digitalWrite(ledPin, ledState); // 初始关闭LED

  // 1. 选择定时器 (Timer0)
  hw_timer_t *timer = timerBegin(0, 80, true); // 分频系数80, 向上计数

  // 2. 绑定中断处理函数
  timerAttachInterrupt(timer, &onTimer, true); // 边沿触发中断

  // 3. 设置目标值 (500ms)
  timerAlarmWrite(timer, 500000, true); // 目标值500000 (0.5秒), 自动重装载

  // 4. 启动定时器
  timerAlarmEnable(timer);

  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  // 检查定时器标志
  if (timerFlag) {
    timerFlag = false; // 清除标志
    ledState = !ledState; // 翻转LED状态
    digitalWrite(ledPin, ledState); // 更新LED
  }

  // 主循环可以自由地做其他事情，不会被闪烁LED卡住
  static unsigned long lastPrint = 0;
  if (millis() - lastPrint >= 1000) {
    lastPrint = millis();
    Serial.println("我在干活呢！主循环没卡住！");
    // 这里还可以添加读取传感器、处理网络等代码...
  }

  // ... 其他任务代码 ...
}

关键优势总结

不卡顿： CPU 在等待定时器到期时可以继续执行 loop() 中的其他任务（打印消息、读传感器、连WiFi等），程序响应更灵敏。
精准： 硬件定时比软件循环 (millis()) 或 delay() 更精确稳定（尤其间隔很短时）。
多任务： 4 个定时器可以独立工作，实现多个不同周期的定时任务（比如一个 LED 每秒闪，另一个每 2 秒闪，一个传感器每 5 秒读一次）。
效率高： 让硬件去做计时的脏活累活，解放 CPU。

其他用途

除了让 LED 闪，定时器还能干很多事：

产生精确的 PWM 信号控制电机速度或 LED 亮度。
测量外部脉冲的宽度（比如超声波测距）。
作为看门狗定时器，防止程序跑飞。
实现软件串口。
周期性采集传感器数据。

初学者小结：

从简单例子开始： 先理解并实现上面的 LED 闪烁例子。
理解分频和目标值： 计算时间间隔 (间隔(秒) = (分频系数 * 目标值) / 时钟源频率(Hz)) 是核心。
中断处理要短快！ 在中断函数里只做最简单的事情（设置标志位），复杂的操作（开关设备、打印日志）放到 loop() 里根据标志位去做。
善用 volatile： 在中断里修改、在主循环里读取的变量（如 timerFlag），一定要用 volatile 声明，告诉编译器这个变量可能随时被意外修改（由中断）。
查官方文档和库示例： Arduino core for ESP32 提供了 hw_timer.h 等库，有很多示例可以参考。