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說到微控制器的 Timer，在一般的嵌入式平台中，可以應用到很多的需求，例如定時啟動某項功能、計數觸發事件等，不過如果使用暫存器設定搭配C語言的話，需要知道的知識相當的繁多，而目前在ESP32 MicroPython 平台上，Timer Class 這個類別的用法就是可以做定時或一次觸發的機制，設定就相當簡單，這篇就來瞭解一下 Timer 如何設定~!

1. Timer Class 用法

Timer 的類別一樣放在 machine 模組下，所以一開始需先 import Timer 類別，下面為 Timer 初始化範例:

from machine import Timer
tim1=Timer(1)
tim1.init(period=500, mode=Timer.PERIODIC, callback=None)

第一個步驟就是先建構 Timer 的物件 tim1=Timer(1)，Timer(）刮號內的 ID 以ESP32 的硬體為例，可以填入 0-3，所以共有 4 組設定可用，這邊要留意的是，目前ESP32是只支援硬體 Timer，所以 ID 不可以填入-1（ESP8266 支援visual timer，所以可以填入 -1）。第 2 個步驟就是初始化 tim1.init，需要填入period、mode、callback 三個參數：

  • period：單位是 ms，也就是你可以設定 Timer 時間週期，網路資料查詢到最大可以設定到 3435973836。（JIMI哥自己沒設過這麼大的數字啦，因為有時 Timer 通常需要考慮內部溢位問題）
  • mode： 可以選擇一次觸發Timer.ONE_SHOT或是週期性觸發Timer.PERIODIC
  • callback： 就是當 Timer 觸發時，要呼叫的函數，如果沒有的話，可以填入None。

要初始化 Timer 就是設定這三個參數即可，記得喔，初始化完後 Timer 就會開始運作，至於如何停止 Timer 的運作，就要利用 tim1.deinit() 方法。

2. LED 閃爍範例

還記得如何實現 Led 閃爍功能嗎？程式上可以使用兩種作法：一是用 Polling 方式，像是JIMI哥之前在Arduino103的分享文所使用的，另一個就是利用 Timer 中斷的方式了，先來複習 Polling 的範例，我們可以利用 Nodemcu-32s 內建的 Gpio2 Led操作：

from machine import Pin
import time
LED=Pin(2,Pin.OUT)

while 1:
    LED.value(1)
    time.sleep(0.5)
    LED.value(0)
    time.sleep(0.5)

這樣的程式會有什麼問題? 功能上沒有問題，只是比較沒有效率，注意到time.sleep(0.5)這行，這就是關鍵的地方，cpu會因閒置等待0.5秒而且不會做任何 process，如果我們知道 Timer 的用法，並利用週期性呼叫的方式就可以把上述程式碼改成下面：

from machine import Pin,Timer
LED=Pin(2,Pin.OUT)

def led_switch(x):
    LED.value(not LED.value())
    
tim1=Timer(1)
tim1.init(period=500, mode=Timer.PERIODIC, callback=led_switch)
try:
    while 1:
        pass
except:
    tim1.deinit()
    print('stopping')

簡單進行程式說明：

  1. 第 4-5 行：定義一個 led_switch 的副程式，功能就是將 led 的值進行反轉，也就是如果是 High 的話，就會變成 Low，反之則亦然。
  2. 第 7-8 行： 初始化 timer1 的物件，並指定為 0.5 秒週期觸發，每隔 0.5 秒便會執行 led_switch 一次。
  3. 第 9-14 行： while 主程式內執行需要的動作，目前為 pass，except 內容則為放入中斷程式後，印出 stopping。

注意到兩段程式最大的不同是什麼嗎？ 在 Timer 的寫法中，主程式 while 內是可以放入我們所需要的動作的，例如複雜又耗時的演算法等，因為計時的部份是採用MCU 內部的硬體 Timer 進行，所以不會佔用 CPU 資源，這樣的作法就遠比上面Polling 更有效率。

3. 結語

今天這篇簡單的介紹的 Timer 的用法，並一個簡單的 LED 閃爍案例，說明硬體Timer的優勢與特色，實務上來說，Timer呼叫的副程式內(例如上面的led_switch)，建議不要放入執行時間較長的指令(例如 UART print)，因為一旦副程式所執行時間過長，會影響主程式的運行，想像一種情境，在需要定時更新參數的即時控制系統中，Time r的週期時間如果為設定為 10ms 更新參數，一旦在副程式內放入 Process 時間較長的指令（例如總時間為 11ms），開啟 Timer 後，CPU資源便會不停的卡在副程式內（因為 timer 的週期不停的觸發），導致主程式所需要的動作異常，這也就是不建議的原因，各位朋友可以先將這個概念放在心上，日後如果碰到相關 Issue 時，可以有方向解決問題。今天就分享到這裡，如果在測試或練習有遇到問題的朋友，歡迎下方留言給我互相交流！

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This Post Has 2 Comments

  1. Ben

    21 2 月 2021 回覆

    請教大大兩個問題，
    1.為什麼def led_switch(x)要傳一個參數x進去?
    2.把程式改成這樣好像也可以Run，看起來也比較簡單，但不知道會不會有什麼後遺症？
    try:
    tim1=Timer(1)
    tim1.init(period=500, mode=Timer.PERIODIC, callback=led_switch)
    except:
    tim1.deinit()
    print(‘stopping’)

    煩請撥冗解惑，感恩。

    1. jimi

      22 2 月 2021 回覆

      Hi Ben:

      1.關於led_switch(x)為什麼要加一個參數的問題，這是因為在micropython官方的說明文件提到如果要使用timer的callback function時，必須帶入一個argument( http://docs.micropython.org/en/latest/library/pyb.Timer.html#pyb.Timer.callback )，而這個argument會是一個timer object，所以我這邊使用的x，其實就是我們所建立的tim1 object。（當然也可以命名為其他名字，只是如果沒有帶入時，會有錯誤發生）

      2.如果把我的範例改成你所修改的程式，執行上是沒問題的，我的寫法是基於『希望LED閃爍於背景執行，主程式可以執行其他重要的工作』的想法所寫的，但因為是簡單範例所以主程序的動作我修改成pass，這樣應該就很好理解了。

      以上內容，希望有回答到你的問題，歡迎持續交流討論～

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