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单片机的几种精确延时

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51xlf|  楼主 | 2024-4-25 08:04 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
几种实现延时通常有两种方法:一种是硬件延时,要用到/计数器,这种方法可以提高CPU的工作效率,也能做到精确延时;另一种是软件延时,这种方法主要采用循环体进行。

1 使用定时器/计数器实现精确延时

系统一般常选用11.059 2 MHz、12 MHz或6 MHz。第一种更容易各种标准的波特率,后两种的一个机器周期分别为1 μs和2 μs,便于精确延时。本程序中假设使用频率为12 MHz的晶振。最长的延时时间可达216=65 536 μs。若定时器工作在方式2,则可实现极短时间的精确延时;如使用其他定时方式,则要考虑重装定时初值的时间(重装定时器初值占用2个机器周期)。

在实际应用中,定时常采用中断方式,如进行适当的循环可实现几秒甚至更长时间的延时。使用定时器/计数器延时从程序的执行效率和两方面考虑都是最佳的方案。但应该注意,C51编写的中断服务程序编译后会自动加上PUSH ACC、PUSH PSW、POP PSW和POP ACC语句,执行时占用了4个机器周期;如程序中还有计数值加1语句,则又会占用1个机器周期。这些语句所消耗的时间在计算定时初值时要考虑进去,从初值中减去以达到最小误差的目的。

2 软件延时与时间计算

在很多情况下,定时器/计数器经常被用作其他用途,这时候就只能用软件方法延时。下面介绍几种软件延时的方法。

2.1 短暂延时

可以在C文件中通过使用带_NOP_( )语句的函数实现,定义一系列不同的延时函数,如Delay10us( )、Delay25us( )、Delay40us( )等存放在一个自定义的C文件中,需要时在主程序中直接调用。如延时10 μs的延时函数可编写如下:

Delay10us( ) {

_NOP_( );

_NOP_( );

_NOP_( );

_NOP_( );

_NOP_( );

_NOP_( );

}

Delay10us( )函数中共用了6个_NOP_( )语句,每个语句执行时间为1 μs。主函数调用Delay10us( )时,先执行一个LCALL指令(2 μs),然后执行6个_NOP_( )语句(6 μs),最后执行了一个RET指令(2 μs),所以执行上述函数时共需要10 μs。 可以把这一函数当作基本延时函数,在其他函数中调用,即嵌套调用\[4\],以实现较长时间的延时;但需要注意,如在Delay40us( )中直接调用4次Delay10us( )函数,得到的延时时间将是42 μs,而不是40 μs。这是因为执行Delay40us( )时,先执行了一次LCALL指令(2 μs),然后开始执行第一个Delay10us( ),执行完最后一个Delay10us( )时,直接返回到主程序。依此类推,如果是两层嵌套调用,如在Delay80us( )中两次调用Delay40us( ),则也要先执行一次LCALL指令(2 μs),然后执行两次Delay40us( )函数(84 μs),所以,实际延时时间为86 μs。简言之,只有最内层的函数执行RET指令。该指令直接返回到上级函数或主函数。如在Delay80μs( )中直接调用8次Delay10us( ),此时的延时时间为82 μs。通过修改基本延时函数和适当的组合调用,上述方法可以实现不同时间的延时。

2.2 在C51中嵌套段实现延时

在C51中通过预处理指令#asm和#pragma endasm可以嵌套汇编语言语句。用户编写的汇编语言紧跟在#pragma asm之后,在#pragma endasm之前结束。

如:#pragma asm



汇编语言程序段



#pragma endasm

延时函数可设置入口参数,可将参数定义为unsigned char、int或g型。根据参数与返回值的传递规则,这时参数和函数返回值位于R、R7R6、R7R6R5中。在应用时应注意以下几点:

◆ #pragma asm、#pragma endasm不允许嵌套使用;

◆ 在程序的开头应加上预处理指令#pragma asm,在该指令之前只能有注释或其他预处理指令;

◆ 当使用asm语句时,编译系统并不输出目标模块,而只输出汇编源文件;

◆ asm只能用小写字母,如果把asm写成大写,编译系统就把它作为普通变量;

◆ #pragma asm、#pragma endasm和 asm只能在函数内使用。

将汇编语言与C51结合起来,充分发挥各自的优势,无疑是人员的最佳选择。

2.3 使用确定延时时间

利用示波器来测定延时程序执行时间。方法如下:编写一个实现延时的函数,在该函数的开始置某个I/O口线如P1.0为高电平,在函数的最后清P1.0为。在主程序中循环调用该延时函数,通过示波器测量P1.0引脚上的高电平时间即可确定延时函数的执行时间。方法如下:

sbit T_point = P1^0;

void Dly1ms(void) {

unsigned int i,j;

(1) {

T_point = 1;

for(i=0;i<2;i++){

for(j=0;j<124;j++){;}

}

T_point = 0;

for(i=0;i<1;i++){

for(j=0;j<124;j++){;}

}

}

}

void main (void) {

Dly1ms();

}

把P1.0接入示波器,运行上面的程序,可以看到P1.0输出的波形为周期是3 ms的方波。其中,高电平为2 ms,低电平为1 ms,即for循环结构“for(j=0;j<124;j++) {;}”的执行时间为1 ms。通过改变循环次数,可得到不同时间的延时。当然,也可以不用for循环而用别的语句实现延时。这里讨论的只是确定延时的方法。

2.4 使用计算延时时间

用Keil C51中的反计算延时时间,在反汇编窗口中可用和汇编程序的混合代码或汇编代码显示目标应用程序。为了说明这种方法,还使用“for (i=0;i<DlyT;i++) {;}”。在程序中加入这一循环结构,首先选择build taget,然后单击start/stop debug session按钮进入程序调试窗口,最后打开Disassembly window,找出与这部分循环结构相对应的汇编代码,具体如下:

C:0x000FE4CLRA//1T

C:0x0010FEMOVR6,A//1T

C:0x0011EEMOVA,R6//1T

C:0x0012C3CLRC//1T

C:0x00139FSUBBA,DlyT //1T

C:0x00145003JNCC:0019//2T

C:0x00160E INCR6//1T

C:0x001780F8SJMPC:0011//2T

可以看出,0x000F~0x0017一共8条语句,分析语句可以发现并不是每条语句都执行DlyT次。核心循环只有0x0011~0x0017共6条语句,总共8个机器周期,第1次循环先执行“CLR A”和“MOV R6,A”两条语句,需要2个机器周期,每循环1次需要8个机器周期,但最后1次循环需要5个机器周期。DlyT次核心循环语句消耗(2+DlyT×8+5)个机器周期,当系统采用12 MHz时,精度为7 μs。

当采用while (DlyT--)循环体时,DlyT的值存放在R7中。相对应的汇编代码如下:

C:0x000FAE07MOVR6, R7//1T

C:0x00111F DECR7//1T

C:0x0012EE MOVA,R6//1T

C:0x001370FAJNZC:000F//2T

循环语句执行的时间为(DlyT+1)×5个机器周期,即这种循环结构的延时精度为5 μs。

通过实验发现,如将while (DlyT--)改为while (--DlyT),经过反汇编后得到如下代码:

C:0x0014DFFE DJNZR7,C:0014//2T

可以看出,这时代码只有1句,共占用2个机器周期,精度达到2 μs,循环体耗时DlyT×2个机器周期;但这时应该注意,DlyT初始值不能为0。

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沙发
tabmone| | 2024-5-1 21:03 | 只看该作者
定时器中断延时是另一种常用的延时方法,它通过定时器中断服务程序来实现延时功能。这种方法不会一直占用CPU,可以在延时期间执行其他任务。

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板凳
timfordlare| | 2024-5-2 15:22 | 只看该作者
循环次数要经过精确计算,并考虑到指令执行时间的变化(如晶振频率波动)。

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地板
bartonalfred| | 2024-5-2 15:33 | 只看该作者
在使用循环来实现延时时,要确保循环的执行时间是稳定的。这通常意味着要避免在循环中使用耗时不确定的操作,如中断相关的操作。

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5
loutin| | 2024-5-2 15:36 | 只看该作者
利用单片机厂商提供的专用延时库函数

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6
jkl21| | 2024-5-2 15:43 | 只看该作者
在仿真环境中调整晶振频率设置,以匹配实际硬件环境。

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7
geraldbetty| | 2024-5-2 15:47 | 只看该作者
硬件延时通常通过配置和使用单片机内部的定时器/计数器来实现。这种方法不仅可以提高CPU的工作效率,而且能够实现较为精确的延时控制。

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8
sanfuzi| | 2024-5-2 15:51 | 只看该作者
除了硬件延时,软件延时也是一种常见的方法。这通常涉及到在代码中使用循环来消耗时间,但这种方式会占用CPU资源,可能会影响程序执行其他任务的效率。

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9
phoenixwhite| | 2024-5-3 15:12 | 只看该作者
如果延时函数可能会被中断或其他任务打断,需要确保它的可重入性,即在中断返回后能够正确地继续执行。

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10
zerorobert| | 2024-5-3 15:25 | 只看该作者
如果使用的定时器位数有限,当计数值达到最大后会发生溢出,需要对溢出事件进行适当的处理。

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11
kkzz| | 2024-5-3 15:39 | 只看该作者
优化延时函数,减少不必要的计算和资源消耗,提高延时函数的执行效率。

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12
mmbs| | 2024-5-3 15:52 | 只看该作者
为了确保延时的精确性,需要对定时器的计数初值进行精确计算,并考虑晶振频率、CPU执行速度等因素对延时时间的影响。

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13
earlmax| | 2024-5-3 16:19 | 只看该作者
如果需要实现更长时间的延时,可以考虑使用循环嵌套的方法,但需要注意循环嵌套层数不宜过多,以避免栈溢出等问题。

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14
jonas222| | 2024-5-3 16:32 | 只看该作者
延时函数的精度受晶振频率影响,使用12 MHz晶振时,每条指令周期为1微秒,便于计算。

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15
plsbackup| | 2024-5-3 16:44 | 只看该作者
在编写延时函数时,需要考虑编译器的优化设置。有时候编译器会优化掉一些看似有用的代码,从而影响延时的准确性。

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16
timfordlare| | 2024-5-3 16:58 | 只看该作者
在使用定时器中断延时时,需要注意定时器的初始化设置,包括定时器的工作模式、计数初值等。同时,还需要编写相应的中断服务程序来处理定时器中断事件。

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bartonalfred| | 2024-5-3 17:10 | 只看该作者
为了提高延时精度,可以尽量采用嵌套循环的方式,并优化循环次数。同时,注意循环变量的类型选择,尽量使用无符号字符型变量以减少循环的开销。

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18
jkl21| | 2024-5-3 17:22 | 只看该作者
软件延时主要通过循环体实现,适用于较短时间的延时。

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19
gygp| | 2024-5-4 11:12 | 只看该作者
检查库函数的实现细节,了解其精度和可能的限制。

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bestwell| | 2024-5-6 08:09 | 只看该作者
在延时期间,如果发生了中断,那么中断服务程序的执行可能会打乱原有的延时计算。如果需要在中断中修改延时,需要特别注意这种交互。

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