打印
[Atmel]

WINAVR的延时函数分析

[复制链接]
736|3
手机看帖
扫描二维码
随时随地手机跟帖
跳转到指定楼层
楼主
okyouwin|  楼主 | 2015-11-29 08:30 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
在51中我们的延时函数都是自己编写的,无论是在汇编中还是在C言语中。虽然有模板,有时还是有点烦。呵呵。不过在应用avr 单片机的时候我们就有福了。因为avr-gcc 提供给我们很方便的delay 延时函数, 只有在源文件包含:#i nclude <util/delay.h>  就可以使用了。不过不可以高兴的太早,因为要在你的avr-gcc中正确使用它们是有条件的,下面我将慢慢道来。
   
   WINAVR自带了四个延时程序,在C:\WinAVR\avr\include\util\delay.h下可以打开,我一开始应用是以为很好用,结果出现了很多问题,有时想要的延时时间达不到,后来仔细查看了一下delay.h,发现里面是有说明的。
      

应用较多的是void_delay_us(double __us)和void_delay_ms(double __ms)两个函数,   void_delay_us(double __us)函数说明如下:

Perform a delay of \c __us microseconds, using _delay_loop_1().
The macro F_CPU is supposed to be defined to a
constant defining the CPU clock frequency (in Hertz).
The maximal possible delay is 768 us / F_CPU in MHz.
   
说明每1Mhz最大的延时是768us,举个例子,如果F_CPU=4Mhz,那么_delay_us最大的延时是768/4=192us。
      
同理_delay_ms函数也有这样的限制:
Perform a delay of \c __ms milliseconds, using _delay_loop_2().
The macro F_CPU is supposed to be defined to a
constant defining the CPU clock frequency (in Hertz).
The maximal possible delay is 262.14 ms / F_CPU in MHz.
如果F_CPU=4Mhz,那么_delay_ms最大的延时是262.14/4=65.535ms。

       这个参数和 Makefile 中的 F_CPU 值有关,Makefile 所定义的的F_CPU 变量的值会传递给编译器。你如果用      AVR_studio 4.1X来编辑和调试,用内嵌AVR-GCC的进行编译,并且让AVR_studio 帮你自动生成Makefile 的话,那你可以在:Project -> Configuration Options -> Gerneral -> Frequency 如下图:


写下你的F_CPU的值,F_CPU这个值表示你的AVR单片机的工作频率。单位是 Hz ,不是 MHZ,不要写错。如 7.3728M 则 F_CPU = 7372800 。
你会发现在"delay.h" 头文件中有这个样的一个定义如下:
#ifndef F_CPU
# warning "F_CPU not defined for <util/delay.h>"
# define F_CPU 1000000UL // 1MHz
#endif

这是为了在你没有定义F_CPU这个变量(包括空),或是AVR_studio Frequency没有给值的时候,提供一个默认的 1MHz频率值。让编译器编译时不至于出错。


相关帖子

沙发
okyouwin|  楼主 | 2015-11-29 08:30 | 只看该作者
下面是这两个函数的实体:
void _delay_us(double __us) // 微秒
{
uint8_t __ticks;
double __tmp = ((F_CPU) / 3e6) * __us; // 3e6 是因为调用的_delay_loop_1()是三条指令的
if (__tmp < 1.0)
__ticks = 1;
else if (__tmp > 255)
__ticks = 0;
else
__ticks = (uint8_t)__tmp;
_delay_loop_1(__ticks);
}

void _delay_ms(double __ms) // 毫秒
{
uint16_t __ticks;
double __tmp = ((F_CPU) / 4e3) * __ms; // 4e3 是因为调用的_delay_loop_2()是四条指令的

if (__tmp < 1.0)
__ticks = 1;
else if (__tmp > 65535)
__ticks = 0;
else
__ticks = (uint16_t)__tmp;
_delay_loop_2(__ticks);
}

你会发现他们都分别调用了 _delay_loop_1(); 和_delay_loop_2(); 这两个函数
而这两个函数又如下所示:
void _delay_loop_1(uint8_t __count)
{
__asm__ volatile (
"1: dec %0" "\n\t"
"brne 1b"
: "=r" (__count)
: "0" (__count)
);
}


从其函数注释里面可以了解到,该函数用来延迟3个晶振时钟周期,不包括程序调用和退出该函数所花费的时间。该函数的形参__count是一个8位的变量,由此,我们就可以根据系统采用的晶振频率算出该函数最大的延迟时间了:
1MHz时: MAX_DELAY_TIME = (1/1000000)*3*256 = 0.000768 S = 768 uS
8MHz时: MAX_DELAY_TIME = (1/8000000)*3*256 = 0.000096 S = 96 uS
............
F_CPU MAX_DELAY_TIME = (1/F_CPU)*3*256
依此类推。

void _delay_loop_2(uint16_t __count)
{
__asm__ volatile (
"1: sbiw %0,1" "\n\t"
"brne 1b"
: "=w" (__count)
: "0" (__count)
);
}


该函数延时4个晶振周期,形参是一个16位的变量,同样我们也可以算出该函数最大的延迟时间:
1MHz时: MAX_DELAY_TIME = (1/1000000)*4*65535 = 0.26214 S = 262.1 mS
8MHz时: MAX_DELAY_TIME = (1/8000000)*4*65535 = 0.03277 S = 32.8 mS
............
F_CPU MAX_DELAY_TIME = (1/F_CPU)*4*65535
依此类推。


重要提示:_delay_loop_1(0)、_delay_loop_1(256)延时是一样的!!
同理,_delay_loop_2(0)、_delay_loop_2(65536)延时也是一样的!!这些函数的延时都是最长的延时。

这两个函数都是avr-gcc 的 inline汇编格式写的,具体的语法规则我就不多说了。可以参考avr-libc。不过这两个函数很简单,很容易明白。一个是字节递减,一个是字递减。如果你认真看上面几个函数,你就会发现要正确使用它们是有如下条件的:
1. 首先,你要正确定义你的 F_CPU 的值,也就是你的AVR单片机实际的频率。否则延时不准。(延时只在数字上不准确,具体可以计算)
2. 你在编译时一定要打开优化,Makefile中OPT 不要选 0 ,如果AVR_studio 不要选O0 。
3. 你在使用这两个delay()时,传递给两个函数的实参要使用常量,不要使用变量。
4. 设置的时间参数__ms , __us 是有范围的,不要超过范围。__ms:1 - [262.14 ms / (F_CPU/1e6) ], __us:1- [768 us / (F_CPU/1e6)] 。 [...] 表取整数部分.(此处结论错误?)。

__us的最大值应该是768us(1M频率下) MAX_VALUE = 256*3/F_CPU s,最小值3个时钟周期MIN_VALUE = 1*3/F_CPU s;
,__ms最大值MAX_VALUE = 65536*4/F_CPU s,MIN_VALUE = 1*4/F_CPU s;


使用特权

评论回复
板凳
okyouwin|  楼主 | 2015-11-29 08:31 | 只看该作者
只有具备了上面的条件你才可以正确使用延时函数 _delay_us () 和 _delay_ms () 。对于第三个条件,为什么要选用常量,还有第二个条件为什么要打开优化选项。这是为了让编译器在编译的时候就把延时的值计算好,而不是把它编译到程序中,在运行时才进行计算,那样的话,一是会增加代码的长度,还会使你的延时程序的延时时间加长,或是变得不可预料。产生时序的错误。


在08版本中已经修改,具体函数如下:
void
_delay_us(double __us)
{
uint8_t __ticks;
double __tmp = ((F_CPU) / 3e6) * __us;
if (__tmp < 1.0)
__ticks = 1;
else if (__tmp > 255)
{
_delay_ms(__us / 1000.0);
return;
}
else
__ticks = (uint8_t)__tmp;
_delay_loop_1(__ticks);
}

当__us过大的时候,就会调用_delay_ms();由上面可以知道8M时候_delay_ms最小可以延时4/8000000=0.5us 1M时,最小延时4/1000000=4us,可以连接上。

void
_delay_ms(double __ms)
{
uint16_t __ticks;
double __tmp = ((F_CPU) / 4e3) * __ms;
if (__tmp < 1.0)
__ticks = 1;
else if (__tmp > 65535)
{
// __ticks = requested delay in 1/10 ms
__ticks = (uint16_t) (__ms * 10.0);
while(__ticks)
{
// wait 1/10 ms
_delay_loop_2(((F_CPU) / 4e3) / 10);
__ticks --;
}
return;
}
else
__ticks = (uint16_t)__tmp;
_delay_loop_2(__ticks);
}

当__ms过大时,只采用__ticks --的方式延时。先延时一个262ms(1M,32ms 8M),然后用递减方式。

使用特权

评论回复
地板
ddllxxrr| | 2015-11-30 13:07 | 只看该作者
楼主写的太好了

使用特权

评论回复
发新帖 我要提问
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

个人签名:把每天当做世界末日、。、

56

主题

765

帖子

3

粉丝