Эффекты без delay: FastLED в millis-цикле

Радуга из базового урока об эффектах жила своей жизнью: delay(30) между кадрами, красота. Потом я приделал кнопку, которая переключает эффекты, — и кнопка стала срабатывать раз в пять нажатий. Причина лежала на поверхности: loop() большую часть времени спал внутри delay(30), потом внутри delay(500) для антидребезга, и до digitalRead дело доходило случайно — когда таймеры сна случайно совпадали с нажатием. delay() замирает весь цикл целиком: и анимацию, и кнопки, и пульт, и Serial. Лечится одним шаблоном — кадр анимации рисуется не спящим ожиданием, а таймером millis(). Каркас мы собирали в уроке про millis() вместо delay(); здесь приложим его к FastLED, посчитаем бюджет кадра и сделаем скорость анимации честной ручкой, которую можно крутить на лету.

Скелет один и тот же: if (millis() − last >= период) — внутри рисуем кадр и обновляем метку. Всё, что раньше управляло delay, теперь живёт в переменной период, и скорость анимации становится произведением двух чисел: шаг изменения за кадр и частота кадров. Радуга с шагом оттенка 2 при кадре 30 мс проходит полный круг за 128 кадров, то есть 3,84 секунды; тот же шаг при кадре 50 мс — уже 6,4 секунды; шаг 4 при кадре 20 мс — 1,28 секунды и перед глазами шторм. Я подбираю эти два числа, начиная с 30 мс и шага 2, а потом двигаю каждое в свою сторону: частота кадров отвечает за плавность, шаг — за темп. Для волн со своей скоростью есть ещё beatsin8 из урока про волны — но ручка «период кадра» у него точно такая же.

Теперь бюджет кадра. FastLED.show() шлёт на ленту 24 бита на пиксель при 800 кГц — это 30 мкс на пиксель: 16 пикселей ≈ 0,5 мс, 60 ≈ 1,8 мс, 300 ≈ 9 мс. На AVR во время передачи прерывания прикрыты, и на длинных лентах таймер millis() может потерять тик-другой за кадр — для анимации это неважно, но знать про эти 9 миллисекунд стоит: они вычитаются из времени, которое остаётся кнопкам и пульту. А времени у них, если loop не спит, полно: между кадрами loop прокручивается десятки раз, и каждый проход стоит единицы микросекунд — проверка таймеров, чтение кнопки, опрос decode(). Кнопка перестаёт умирать не потому, что её стали опрашивать «сильнее», а потому, что её начали опрашивать каждый проход.

Три детали разбора. Первая: кнопка читается по фронту — сравнением прошлого и текущего состояния, — а не по уровню, и кулдаун 150 мс глушит дребезг; схема та же, что в уроке про кнопку, только без единого delay. Вторая: у FastLED есть макрос EVERY_N_MILLISECONDS(30) { ... } — он делает ровно то же самое, что наш if с меткой, и в официальных примерах вроде DemoReel100 написан именно он; внутри тот же millis(), никакой магии. Третья: почему сравнение написано вычитанием millis() − last и не сломается через 49,7 суток, когда millis() переполнится и пойдёт с нуля: оба числа беззнаковые, и беззнаковое вычитание честно даёт прошедший интервал даже через границу переполнения. Писать millis() >= last + период при таком раскладе нельзя — вот эта версия как раз взорвётся на границе.

Ещё одна тонкость кадра, о которой спросят педанты: last = millis() внутри кадра слегка «плывёт» — каждый кадр начинается на пару микросекунд позже расчётного. Точнее держит средний период запись last += период. Для ленты разница невидима; я вспомнил об этом, только когда та же схема поехала на звуковом генераторе, где дрожь периода слышна.

В симуляторе ниже ручкой скорости служит монитор порта: наберите число — оно станет новым периодом кадра. На плате ту же роль сыграет потенциометр, пульт или тот же Serial — строка кода одна и та же. Разбор входа построен по правилам из урока про parseInt: сначала проверяем available(), и только потом читаем, потому что parseInt без данных ждёт таймаут и подвешивает цикл. Второй таймер — контрольный: раз в две секунды печатает аптайм и счётчик кадров. Если оба счётчика тикают без пропусков, значит loop никуда не спит — именно это и доказывает неблокирующий цикл. Задач больше пяти — заводите массивы меток и периодов, как в уроке про планировщик: принцип тот же, растёт только таблица.

Что дальше по этой дорожке. Второй таймер в симуляторе — уже готовый микропланировщик: каждая задача несёт свою метку и свой период, и новых задач можно добавлять сколько угодно, пока бюджет кадра позволяет. В итоговом проекте этого раздела — умной гирлянде с пультом — тем же способом заведутся режимы анимации, опрос пульта и микрофонный VU, и никакого delay там не будет вовсе: это финальная сборка всего, что мы тут разобрали.