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分析總結(jié)單片機(jī)定時(shí)器中斷的時(shí)間及誤差原因

發(fā)布時(shí)間:2015-11-24 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】相信眾多工程師都不想遇到這種錯(cuò)誤,應(yīng)用單片機(jī)定時(shí)器時(shí),卻在設(shè)置中斷時(shí)間時(shí)出現(xiàn)誤差。細(xì)想一下,是什么原因?qū)е聠纹瑱C(jī)定時(shí)器的中斷時(shí)間設(shè)置部分出現(xiàn)了誤差?這種誤差會(huì)導(dǎo)致的結(jié)果是什么?本文就針對(duì)這些問題一一解析。

在單片機(jī)定時(shí)器的實(shí)際應(yīng)用過程中,產(chǎn)生單片機(jī)定時(shí)器溢出中斷與CPU響應(yīng)中斷的時(shí)間誤差,通常來(lái)說有兩個(gè)原因。一個(gè)是定時(shí)器溢出中斷信號(hào)時(shí),CPU正在執(zhí)行某指令。而另一個(gè)原因就是定時(shí)器溢出中斷信號(hào)時(shí),CPU正在執(zhí)行某中斷服務(wù)程序。下面我們將會(huì)就這兩種造成誤差的原因展開分別分析。

CPU正在執(zhí)行某指令時(shí)的誤差

在單片機(jī)定時(shí)器的使用過程中,由于CPU正在執(zhí)行某指令時(shí)所造成的誤差,是導(dǎo)致中斷時(shí)間設(shè)置出現(xiàn)誤差的重要原因。由于CPU正在執(zhí)行某指令,因此它不能及時(shí)響應(yīng)單片機(jī)定時(shí)器的溢出中斷。當(dāng)CPU執(zhí)行此指令后再響應(yīng)中斷所延遲的最長(zhǎng)時(shí)間為該指令的指令周期,即誤差的最大值為執(zhí)行該指令所需的時(shí)間。由于各指令都有對(duì)應(yīng)的指令周期,因此這種誤差將因CPU正在執(zhí)行指令的不同而不同。如定時(shí)器溢出中斷時(shí),CPU正在執(zhí)行指令MOVA,Rn,其最大誤差為1個(gè)機(jī)器周期。而執(zhí)行指令MOVRn、direct時(shí),其最大誤差為2個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)CPU正在執(zhí)行乘法或除法指令時(shí),最大時(shí)間誤差可達(dá)4個(gè)機(jī)器周期。在8051單片機(jī)指令系統(tǒng)中,多數(shù)指令的指令周期為1-2個(gè)機(jī)器周期,因此最大時(shí)間誤差一般為1-2個(gè)機(jī)器周期。若振蕩器振蕩頻率為fosc。而當(dāng)CPU正在執(zhí)行指令的機(jī)器周期數(shù)為Ci,則最大時(shí)間誤差為Δtmax1=12/fosc×Ci(us)。例如fosc=12MHZ,CPU正在執(zhí)行乘法指令(Ci=4),此時(shí)的最大時(shí)間誤差可通過公式計(jì)算為:

Δtmax1=12/fosc×Ci=12/(12×106)×4=4×10-6(s)=4(μs)

CPU正在執(zhí)行某中斷服務(wù)的程序時(shí)的誤差

由于CPU正在執(zhí)行某個(gè)中斷服務(wù)的程序而造成的單片機(jī)中斷程序誤差,也是一個(gè)重要的誤差形成原因。當(dāng)單片機(jī)定時(shí)器溢出中斷信號(hào)時(shí),此時(shí)如果CPU正在執(zhí)行同級(jí)或高優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序,那么它將會(huì)繼續(xù)執(zhí)行這些程序,不能及時(shí)響應(yīng)定時(shí)器的溢出中斷請(qǐng)求,其延遲時(shí)間由中斷轉(zhuǎn)移指令周期T1、中斷服務(wù)程序執(zhí)行時(shí)間T2、中斷返回指令的指令周期T3及中斷返回原斷點(diǎn)后執(zhí)行下一條指令周期T4(如乘法指令)組成。中斷轉(zhuǎn)移指令和中斷返回指令的指令周期都分別為2個(gè)機(jī)器周期。中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間為該程序所含指令的指令周期的總和。因此,最大時(shí)間誤差Δtmax2為:Δtmax2=(T1+T2+T3+T4)12/fosc=(2+T2+2+4)12/fosc=12(T2+8)/fosc。若設(shè)fosc=12MHZ,則最大時(shí)間誤差可通過該公式計(jì)算為:

Δtmax2=12(T2+8)/fosc=12(T2+8)/12×106=(T2+8)×10-6(s)=T2+8(μs)。

此時(shí)需要工程師重點(diǎn)注意的一個(gè)問題是,由于上式中T2一般大于8,因此,這種單片機(jī)定時(shí)器的時(shí)間誤差一般取決于正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序。當(dāng)CPU正在執(zhí)行中斷返回指令RETI、或正在讀寫IE或IP指令時(shí),這種誤差在5個(gè)機(jī)器周期內(nèi)。

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