单片机定时中断的几种精确定时编程方法

单片机定时中断的几种精确定时编程方法

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 引 言

   MCS-51单片机的中断响应延迟时间,取决于其它中断服务程序是否在进行,或取决于正在执行的是什么样的指令。单中断系统中的中断响应时间为3~8个 机器周期[1]。无论是哪一种原因引起的误差,在精确定时的应用场合,必须考虑它们的影响,以确保精确的定时控制。根据定时中断的不同应用情况,应选择不 同的精确定时编程方法。

  文中以定时器T1工作在定时方式1为例,晶振频率为12MHz 。

1 方法1

   在定时器溢出中断得到响应时,停止定时器计数,读出计数值(反映了中断响应的延迟时间),根据此计数值算出到下一次中断时,需多长时间,由此来重装载和 启动定时器。例如定时周期为1ms,则通常定时器重装载值为-1000(0FC18H)。下面的程序在计算每个定时周期的精确重装载值时,考虑了由停止计 数(CLR TR1)到重新启动计数(SETB TR1)之间的7个机器周期时间。程序中#LOW(-1000+7)和#HIGH(-1000+7)是汇编符号,分别表示-1000+7=0FC1FH这 个立即数的低位字节(1FH)和高位字节(0FCH)。

作 者:■ 南京农业大学 蹇兴亮

引 言

   MCS-51单片机的中断响应延迟时间,取决于其它中断服务程序是否在进行,或取决于正在执行的是什么样的指令。单中断系统中的中断响应时间为3~8个机 器周期[1]。无论是哪一种原因引起的误差,在精确定时的应用场合,必须考虑它们的影响,以确保精确的定时控制。根据定时中断的不同应用情况,应选择不同 的精确定时编程方法。

  文中以定时器T1工作在定时方式1为例,晶振频率为12MHz 。

1 方法1

   在定时器溢出中断得到响应时,停止定时器计数,读出计数值(反映了中断响应的延迟时间),根据此计数值算出到下一次中断时,需多长时间,由此来重装载和 启动定时器。例如定时周期为1ms,则通常定时器重装载值为-1000(0FC18H)。下面的程序在计算每个定时周期的精确重装载值时,考虑了由停止计 数(CLR TR1)到重新启动计数(SETB TR1)之间的7个机器周期时间。程序中#LOW(-1000+7)和#HIGH(-1000+7)是汇编符号,分别表示-1000+7=0FC1FH这 个立即数的低位字节(1FH)和高位字节(0FCH)。
......
CLR EA ;禁止所有中断
CLR TR1 ;停止定时器T1
MOV A,#LOW(-1000+7) ;期望数的低位字节
ADD A,TL1 ;进行修正
MOV TL1,A ;重装载低位字节
MOV A,#HIGH(-1000+7) ;对高位字节处理
ADDC A,TH1
MOV TH1,A
SETB TR1 ;重启动定时器
SETB EA ;重开中断
......

  此方法适用于各种原因造成的定时误差的情况,为通用方法。

2 方法2

  假如定时周期为10ms,通常定时器重装载值为0D8F0H,中断子程序如下[2]:
ORL TL1,#0F0H
MOV TH1,#0D8H
......

  这里用ORL TL1,#0F0H代替MOV TL1,#0F0H 可提高定时精度。此方法只适用于重装载值低位字节的低4位为零,且中断响应的延迟时间小于16个机器周期的情况。类似的定时器重装载值有0FFF0H,0FFE0H等。

3 方法3

  假如定时周期为1ms,通常定时器重装载值为0FC18H,中断子程序如下:
MOV A,#LOW(-1000+4) ;期望数的低位字节
ADD A,TL1
MOV TL1,A
MOV A,#HIGH(-1000+4) ;对高位字节处理
ADDC A,TH1
MOV TH1,A
DEC TL1 ;恢复提前了的2个机器周期
......

   这种方法中不停止定时器计数过程,若在执行指令ADDC A,TH1 或MOV TH1,A时,恰好产生TL1溢出向TH1进位的情况,则TH1的值就不对了,会产生更大的误差。为此,程序段开头为重装载值加4,若有溢出进位,则可提 前发生,其中2个机器周期是考虑到为TL1重装载占用的时间。

  此方法适用于系统中无其它更高优先级中断源的情况。若类似方法1,在程序段开头和结尾分别加上禁止所有中断(CLR EA)和开中断(SETB EA)指令,则将适用于所有情况。

4 方法4

  假如定时周期不确定,只知道定时器重装载值存放在寄存器R3、R2中,中断子程序如下:
MOV A,#05H ;3个机器周期装载TL1,2个周期提前
ADD A,TL1
ADD A,R2
MOV TL1,A
MOV A,R3 ;处理高位字节
ADDC A,TH1
MOV TH1,A
DEC TL1 ;恢复提前了的2个机器周期
......

  此法适用于定时周期不确定的情况,其它同方法3。

5 方法5

  当定时中断发生的位置可预知时,通常出现在主程序的AJMP $ (或SJMP $)等待指令处,中断延迟时间为3个或4个机器周期。取固定值4可简化补偿程序。以定时周期1ms为例,中断子程序如下:
ORG 001BH
MOV TL1,#LOW(-1000+4)
MOV TH1,#HIGH(-1000+4)
......

  此方法适用于定时中断总发生在同一条指令位置,且无其它中断源的情况。
结 语

  上述5种方法误差均不超过1个机器周期,其中方法1、3、4较为通用,适用于任何情况,但程序较长;方法2、5简单,但必须注意满足对应条件,才能使用。当然,也还有其它方法[3],但比较烦琐,并不理想,这里不一一介绍。

                 参考文献
1 孙涵芳,徐爱卿. MCS-51/96系列单片机原理及应用[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,1988
2 周航慈. 单片机应用程序设计技术. [M]. 修订版. 北京:北京:北京航空航天大学出版社,2002
3 聂毅. 单片机定时器中断时间误差的分析及补偿[J]. 微计算机信息,2002,18(4):37~38
蹇兴亮:讲师,主要从事测试计量技术及单片机的教学。

 

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