利用TKS实现T0方式2的精确定时仿真

鲁道旺,赵文龙,谢敏,阮艳凤

(南昌航空大学 信息工程学院,南昌 330063)

鲁道旺、谢敏、阮艳凤(硕士研究生),主要研究领域为控制工程;赵文龙(教授),主要研究领域为计算机控制、嵌入式技术、工业过程控制。

引 言

在对时间的精度要求比较高的场合,一般要求对采用单片机做控制器的系统进行精确的时间计算。有人对此问题做了研究并提出了很好的解决方法[1-3],但是他们有的是针对单片机使用频率为12 MHz晶振下汇编语言的特点作出的分析,有的是针对特定的使用条件或环境下的分析,不适合晶振频率为11.059 2 MHz的情况。为此,针对单片机定时器的特点,在此晶振频率下,利用TKStudio对定时器T0方式2进行分析仿真,取得了精确的定时时间,合理地解决了定时常数为小数的问题,为单片机定时提出了一种新思路。

1 理论分析

单片机有4种定时方式。方式0、方式1、方式3有一个共同点是有定时器溢出中断的响应时间误差,而方式2具有自动重载功能,没有这些误差。

产生中断溢出的响应时间误差的原因有3个:一是中断响应时间;二是定时器溢出中断信号时,CPU正在执行某指令;三是定时器溢出中断信号时,CPU正在执行某中断服务程序[4]。由于每条指令的执行时间不同且中断时不知道CPU会执行哪一条指令,这就导致中断溢出的响应时间不确定。

方式2是自动重载的,可以很好地免去上面的不确定时间。方式2的定时时间为 T=12×(256-a)/fosc[5]。以频率为11.059 2 MHz的晶振为例,定时250 μ s分析,易得a=25.6。通常情况下,使用定时器时装的初值为常数,但是此处为小数,要想得到准确的250 μ s,还必须要用a=25.6。下面为解决小数问题的分析:若a=25,则25-25.6=-0.6;若 a=26,则 26-25.6=0.4。那么以25.6为常数中断40次便是10 ms,试想前16次中断用a=25,误差为16×(-0.6)=-9.6,后24次中断用 a=26,误差为24×0.4=9.6,可以看出,经过40次的中断便没有误差了,10 ms是准确值。这样,便可以用10 ms为基数产生出秒、分、时等。

2 程序仿真

编写一个计时程序,对其进行分析仿真。代码如下:

把程序放到TKStudio中进行仿真,在配置目标工程中填写11.059 2 MHz的晶振频率进行软件仿真。编译后开始调试,按程序标记分别对各个断点进行调试。

首先在第一个断点处调试,单击启动/停止按钮后,程序初始化,可以看出初始化时间为639.106 μ s(如图1所示);然后单击运行按钮,运行到断点处会自动停止并显示运行的时间为10.037 977 ms(如图2所示),这里包括运行主函数其他指令的时间和执行一次timeflag变化的时间;然后再单击一次运行按钮,显示时间为10 ms(如图3所示),这一次为执行一次timeflag变化的时间,即中断40次 250 μ s的时间 ;

图1 断点1程序单击启动/停止调试按钮后初始化时间

图2 在断点1处运行第一次显示的数据

图3 在断点1处运行第二次显示的数据

继续按运行操作,可以发现以后的delta_s均是10 ms。取消断点1处的断点,在断点2处设断点,执行与断点1处相同的操作步骤得到的结果如图4～图6所示,其后的执行结果delta_s均为1 s。

图4 断点2程序单击启动/停止调试按钮后初始化时间

图5 在断点2处运行第一次显示的数据

图6 在断点2处运行第二次显示的数据

同样,在断点3处设断点运行,结果如图7～图9所示,以后的每次delta_s均为60 s。断点4处运行结果如图10～图12所示,以后每次delta_s均为3 600 s。

图7 断点3程序单击启动/停止调试按钮后初始化时间

图8 在断点3处运行第一次显示的数据

图9 在断点3处运行第二次显示的数据

图10 断点4程序单击启动/停止调试按钮后初始化时间

图11 在断点4处运行第一次显示的数据

图12 在断点4处运行第二次显示的数据

结 语

本文对常用的频率为11.059 2 MHz的晶振在定时器T0方式2下做了分析,仿真结果良好;同时,提出了一种解决定时常数为小数问题的办法,能够推广应用于其他情况。

[1]方飞,谢丽春.利用Keilx51实现 T0的精确定时[J].单片机与嵌入式系统应用,2006(1):64-66.

[2]蹇兴亮.单片机定时中断的精确定时编程方法种种[J].单片机与嵌入式系统应用,2004(8):70-71.

[3]朱蓉,郑建华.基于MCS-51单片机定时精确控制的研究[J].现代电子技术,2005(17):32-34.

[4]杨洪亮.基于MCS51单片机定时误差分析及纠正[J].福建电脑,2006(12):145-146.

[5]张友德,赵志英,涂时亮.单片微型机原理、应用与实验[M].5版.上海:复旦大学出版社,2008:106-113.