LPC21xx C程序的精確延時(shí)方法

引言
    隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，微處理器不斷升級(jí)，內(nèi)核的處理速度越來越快，同時(shí)也出現(xiàn)了精確延時(shí)的問題。由于ARM7微控制器LPC21xx使用了三級(jí)流水線技術(shù)，精確延時(shí)對(duì)開發(fā)者特別是初學(xué)者帶來了一定的難度。下面介紹幾種LPC21xx在C程序下實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)的實(shí)用方法。
    實(shí)現(xiàn)延時(shí)通常有兩種方法：一種是硬件延時(shí)，采用定時(shí)器／計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)，可以提高CPU的工作效率；另一種是軟件延時(shí)，這種方法主要采用循環(huán)體進(jìn)行。

1 硬件延時(shí)
    Philips公司的LPC21xx系列微控制器具有2個(gè)32位可編程定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，均具有4路捕獲、4路比較并輸出電路。定時(shí)器對(duì)外設(shè)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，在到達(dá)指定的定時(shí)值時(shí)可選擇產(chǎn)生中斷來執(zhí)行其他動(dòng)作。可用作對(duì)內(nèi)部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)的間隔定時(shí)器，或自由運(yùn)行的定時(shí)器，亦
可通過捕獲輸入實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。LPC21xx系列具有4個(gè)32位匹配寄存器。匹配時(shí)，可選擇產(chǎn)生中斷使定時(shí)器繼續(xù)工作、停止或復(fù)位。
    使PO．7口輸出方波的波形。匹配時(shí)復(fù)位定時(shí)器，產(chǎn)生中斷使高低電平持續(xù)時(shí)間均為O．5 s，如圖1所示。

    在實(shí)際應(yīng)用中，定時(shí)常采用中斷方式，如進(jìn)行適當(dāng)?shù)难h(huán)可實(shí)現(xiàn)幾秒甚至更長(zhǎng)時(shí)間的延時(shí)。從程序的執(zhí)行效率和穩(wěn)定性兩方面考慮，使用定時(shí)器／計(jì)數(shù)器延時(shí)是最佳的方案。但是占用了一個(gè)定時(shí)器，比較浪費(fèi)，并且可移植性也比較差。因此，在并非要求精確定時(shí)的情況下，一般不建議采用。

2 軟件延時(shí)
2．1 使用系統(tǒng)函數(shù)延時(shí)
    LPC21xx微控制器可以采用嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)的管理，如果需要延時(shí)可以使用系統(tǒng)的延時(shí)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。采用μC／0S-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)時(shí)，可以使用系統(tǒng)提供的延時(shí)函數(shù)。
    (1)任務(wù)延時(shí)函數(shù)OSTimeDly()。延時(shí)長(zhǎng)短由指定的時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)目(O～65535)來確定。調(diào)用該函數(shù)會(huì)使系統(tǒng)進(jìn)行一次任務(wù)調(diào)度，去執(zhí)行下一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。任務(wù)調(diào)用該函數(shù)后，一旦規(guī)定的時(shí)間到了，或有其他任務(wù)通過調(diào)用OSTimeDlyResume()取消了延時(shí)，那么該任務(wù)就會(huì)立即進(jìn)入就緒狀態(tài)。
    (2)按時(shí)分秒延時(shí)函數(shù)OSTimeDlyHMSM()。為了更為習(xí)慣地使用任務(wù)，系統(tǒng)還提供了按時(shí)分秒延時(shí)函數(shù)。此函數(shù)可以精確延時(shí)到小時(shí)、分、秒，調(diào)用這個(gè)函數(shù)可引發(fā)一次任務(wù)調(diào)度。調(diào)用函數(shù)OSTimeDlyResume()可取消延時(shí)，該任務(wù)就會(huì)立即進(jìn)入就緒狀態(tài)。
    例如，通過P1．18口控制LEDl，調(diào)用OSTimeDlyHMSM()函數(shù)進(jìn)行1 s的延時(shí)。代碼如下：
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    示波器觀察到的波形以及延時(shí)情況如圖2所示。

2．2 使用示波器確定延時(shí)時(shí)間
    LPC21xx系列微控制器基于ARM7TDMI-S內(nèi)核，采用三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，如圖3所示。處理和存儲(chǔ)系統(tǒng)的所有部分都可連續(xù)工作。通常在執(zhí)行一條指令的同時(shí)就對(duì)下一條指令進(jìn)行譯碼，并將第三條指令從存儲(chǔ)器中取出。

    因帶有Cache，所以具體指令執(zhí)行時(shí)間會(huì)有不同，在學(xué)習(xí)和開發(fā)過程中需要對(duì)指令時(shí)間有較粗略的判斷，具體到μs級(jí)、ms級(jí)的延時(shí)。雖然采用定時(shí)器似乎比較精確，但是定時(shí)器不能解決所有問題，有些情況還需要用到軟件延時(shí)。代碼如下：
   
    使PO．7口輸出方波，高低電平延時(shí)時(shí)間為dly=1。通過示波器觀察延時(shí)時(shí)間，具體波形如圖4所示。

    10 μs和1μs延時(shí)程序的波形分別如圖5和圖6所示。在主函數(shù)里調(diào)用以上函數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)非精確延時(shí)。采用這種方法，雖然延時(shí)不是十分精確，但是不占用資源，并且可移植性很好，示波器效果觀察起來直觀。因此，在不要求延時(shí)很精確的情況下，可以采用此方法進(jìn)行定時(shí)。[!--empirenews.page--]

2．3 使用反匯編工具計(jì)算延時(shí)時(shí)間
    對(duì)于不熟悉示波器但熟悉匯編語(yǔ)言，并且了解指令周期的開發(fā)人員來說，可以用ADSl．2中AXD Debugger的反匯編工具計(jì)算延時(shí)時(shí)間。在反匯編窗口中可用源程序和匯編程序的混合代碼或匯編代碼顯示目標(biāo)應(yīng)用程序，再根據(jù)每條指令周期計(jì)算出結(jié)果。例如：
   
    其反匯編結(jié)果如圖7所示。

    這種方法最直觀，但是要求開發(fā)人員熟練掌握匯編語(yǔ)言及指令周期，并且理解流水線及Cache的工作原理等，需要花費(fèi)大量的精力，而且指令周期只對(duì)低端單片機(jī)有用。因此，對(duì)于初學(xué)者這種方法不可取。

結(jié)語(yǔ)
    掌握延時(shí)程序的編寫，能夠使程序準(zhǔn)確得以執(zhí)行，這對(duì)學(xué)習(xí)和項(xiàng)目開發(fā)有著重要的意義。本文介紹了LPC21xx系列微控制器的幾種計(jì)算延時(shí)程序執(zhí)行時(shí)間并實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)的方法。使用定時(shí)器進(jìn)行延時(shí)是最佳的選擇，可以提高CPU工作效率。在使用系統(tǒng)管理任務(wù)時(shí)，可以選擇使用系統(tǒng)延時(shí)函數(shù)；在不使用嵌入式系統(tǒng)，無法使用定時(shí)器而又需要實(shí)現(xiàn)比較精確的延時(shí)時(shí)，其他幾種方法可以實(shí)現(xiàn)不等時(shí)間的延時(shí)。
    寫延時(shí)程序是一項(xiàng)很麻煩的任務(wù)，可能需要多次修改才能滿足要求，以上介紹只是提供了一些精確延時(shí)的方法，在使用時(shí)需視情況而定。