不使用delay()实现时移？Arduino电位器波形延迟故障求助

原代码核心问题 #

1. calc函数逻辑错误：
   • 原代码每次调用calc()都会把缓冲区所有元素覆盖为当前输入uk，完全无法实现延迟效果。
   • 访问x[k]属于数组越界（数组下标范围是0到k-1），会导致内存访问错误，这是延迟波形无输出的直接原因。
2. 变量类型不匹配：
   • 输入uk是unsigned int类型，但缓冲区x是int类型，可能导致模拟读数（0-1023）被错误转换。
   • k作为缓冲区长度，应该用整数类型（如uint16_t），避免浮点数运算带来的精度问题。
3. 构造参数错误：
   • 初始化delayBox1时传入的延迟时间是0.3秒，与需求的0.5秒不符。

修正后的完整代码 #

unsigned int data;
const float sample_time = 0.01f;
const float delay_time = 0.5f;
uint32_t start_Time;
uint32_t MicroSampleTime;

class delayBox
{
public:
    delayBox(float delay_time, float Ts);
    ~delayBox();
    void calc();
public:
    unsigned int uk;       // 当前输入
    unsigned int yk;       // 延迟输出
private:
    unsigned int* buffer;  // 延迟缓冲区
    uint16_t buffer_len;   // 缓冲区长度（延迟样本数）
};

delayBox* delayBox1;

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    // 传入正确的延迟时间0.5秒
    delayBox1 = new delayBox(delay_time, sample_time);
    MicroSampleTime = static_cast<uint32_t>(sample_time * 1e6);
    start_Time = micros() + MicroSampleTime;
}

void loop() {
    data = analogRead(A0);

    delayBox1->uk = data;
    delayBox1->calc();

    Serial.print(data);
    Serial.print(" ");
    Serial.println(delayBox1->yk);

    // 非阻塞延时逻辑（保持原逻辑）
    while (!((start_Time - micros()) & 0x80000000));
    start_Time += MicroSampleTime;
}

delayBox::delayBox(float delay_time, float Ts) {
    // 计算需要的样本数，强制转换为整数
    buffer_len = static_cast<uint16_t>(delay_time / Ts);
    // 分配缓冲区内存，类型匹配为unsigned int
    buffer = new unsigned int[buffer_len];
    // 初始化缓冲区为0
    for (uint16_t i = 0; i < buffer_len; ++i) {
        buffer[i] = 0;
    }
}

void delayBox::calc() {
    // 缓冲区移位：将所有元素向前移动一位，丢弃最旧的元素
    for (uint16_t i = 0; i < buffer_len - 1; ++i) {
        buffer[i] = buffer[i + 1];
    }
    // 将当前输入放入缓冲区末尾
    buffer[buffer_len - 1] = uk;
    // 输出缓冲区最前面的元素（即k个样本前的输入）
    yk = buffer[0];
}

delayBox::~delayBox() {
    // 释放缓冲区内存，避免内存泄漏
    delete[] buffer;
}

关键修正点说明 #

1. 缓冲区逻辑：
   • calc()函数改为移位缓冲区：每次将缓冲区元素向前移动一位，把当前输入放到缓冲区最后，然后取出缓冲区第一个元素作为延迟输出，实现k = delay_time/sample_time个样本的延迟（即0.5秒）。
2. 类型修正：
   • 缓冲区buffer改为unsigned int类型，与输入uk、模拟读数类型一致，避免数据转换错误。
   • buffer_len用uint16_t类型，确保是正整数，符合数组长度要求。
3. 内存管理：
   • 析构函数中添加delete[] buffer，避免Arduino长时间运行后的内存泄漏。
4. 参数修正：
   • 初始化delayBox1时传入delay_time（0.5秒），匹配需求。

修改后，串口绘图仪将正常显示电位器波形和延迟0.5秒的波形，且全程不使用delay()函数。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者o01