淺談中職《單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用》的延時(shí)問(wèn)題

李貴才

【摘? ? 要】單片機(jī)是一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它具有體積小、功能強(qiáng)、成本低以及便于嵌入式分布式控制得到了極為廣泛的應(yīng)用。《單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用》是中等職業(yè)教育電子專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)課，不論是對(duì)今后進(jìn)入高職院校深造的同學(xué)們，還是中職學(xué)習(xí)結(jié)束就進(jìn)入社會(huì)就業(yè)的同學(xué)們都是至關(guān)重要的。單片機(jī)的“延時(shí)及計(jì)算問(wèn)題”往往困擾著同學(xué)們，為此總結(jié)一點(diǎn)小小經(jīng)驗(yàn)供參考。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)? 智能型? 延時(shí)? 軟件延時(shí)? 硬件延時(shí)

中圖分類(lèi)號(hào)：G4? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2019.12.204

單片機(jī)是一種是采用大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、功耗成本低以及便于嵌入式分布式控制得到了極為廣泛的應(yīng)用。

《單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用》是我國(guó)中等職業(yè)教育學(xué)校電子專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)課程，也是參加對(duì)口升學(xué)高考的專(zhuān)業(yè)課之一，不論是對(duì)今后進(jìn)入高職院校深造的同學(xué)們，還是中職學(xué)習(xí)結(jié)束就進(jìn)入社會(huì)就業(yè)的同學(xué)們來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課，每位同學(xué)都應(yīng)認(rèn)真學(xué)好這門(mén)課。在這門(mén)課程的教學(xué)中，我發(fā)現(xiàn)單片機(jī)的“延時(shí)及計(jì)算問(wèn)題”往往困擾著同學(xué)們的學(xué)習(xí)，一是抽象不好理解，二是不容易計(jì)算。延時(shí)的方法有兩類(lèi)即軟件延時(shí)與硬件延時(shí)。教學(xué)中通過(guò)不斷反思總結(jié)，得到一點(diǎn)小小的經(jīng)驗(yàn)，希望能對(duì)同學(xué)們的學(xué)習(xí)帶來(lái)一些幫助與啟發(fā)。

1.軟件延時(shí)

即用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言編寫(xiě)出延時(shí)子程序，單片機(jī)運(yùn)行程序就需要時(shí)間從而達(dá)到延時(shí)的目的。為延長(zhǎng)一定的時(shí)間往往采用循環(huán)體進(jìn)行，讓單片機(jī)反復(fù)執(zhí)行一些無(wú)用的指令，就是為了延時(shí)。下面舉一簡(jiǎn)單例子來(lái)說(shuō)明：用單片機(jī)控制一只發(fā)光二極管閃爍發(fā)光。（中職階段匯編程序?qū)W習(xí)較多，以匯編程序?yàn)槔＃?/p>

例一：

ORG? ? ? 0000H

AJMP? ? ? MAIN

ORG? ? ? 0100H

MAIN：? ?SETB? P1.0

LCALL? ?DELAY

CLR? ? ?P1.0

LCALL? DELAY

SJMP? ? MAIN

DELAY：

MOV? R7，#200

DL1：MOV? R6，#250

DL2：NOP

DJNZ? ?R6，DL2

DJNZ? ?R7，DL1

RET

END

程序中標(biāo)號(hào)“DELAY”所包含的程序就是一段軟件延時(shí)程序。同學(xué)們對(duì)延時(shí)程序編寫(xiě)的格式過(guò)程往往不是問(wèn)題，但是對(duì)工作寄存器Rn的數(shù)字應(yīng)該是多少卻不知道怎樣來(lái)的，如何計(jì)算。要知道延時(shí)時(shí)間的相關(guān)計(jì)算，應(yīng)注意幾點(diǎn)：（1）是要知道單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中晶體振蕩器的頻率多大，即算出時(shí)鐘周期與機(jī)器周期;（2）是所用指令的機(jī)器周期數(shù)，有些指令是單周期，有些指令是雙周期，還有些指令是四周期;（3）是計(jì)算所有延時(shí)指令執(zhí)行的機(jī)器周期數(shù)。其中關(guān)鍵是第三點(diǎn)，特別是多層循環(huán)的延時(shí)程序。

例二：1秒延時(shí)子程序（晶振12MHZ，一個(gè)周期為1μs）

DELAY：MOV? R7，#10

DELAY1：MOV? R6，#200

DELAY2：MOV? R5，#248

DJNZ? R5，$

DJNZ? R6，DELAY2

DJNZ? R7，DELAY1

RET

對(duì)每條指令進(jìn)行計(jì)算得出精確延時(shí)時(shí)間為：

1+（1*10）+（1*200*10）+（2*248*200*10）+（2*200*10）+（2*10）+2

=[（2*248+3）*200+3]*10+3=998033μs≈1s

經(jīng)過(guò)整理得到一個(gè)延時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式：延時(shí)時(shí)間=[（2*第一層循環(huán)數(shù)+3）*第二層循環(huán)數(shù)+3]*第三層循環(huán)數(shù)+3，這就是有三層循環(huán)體延時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式，當(dāng)然也可以構(gòu)成四層的循環(huán)。若只有兩層或一層循環(huán)，那么第三層循環(huán)數(shù)或第二層循環(huán)數(shù)就取1。教學(xué)中有的老師提到，個(gè)別鉆牛角尖的同學(xué)會(huì)問(wèn)到軟件延時(shí)不精確，要十分準(zhǔn)確延時(shí)又咋辦呢？這也能辦到，可以在主延時(shí)程序的后面再加一段程序就可解決。

如上面的例二，還差1967μs可再加這樣一段延時(shí)程序。

DEL：NOP

MOV? R4，#13

DEL1：MOV? R3，#74

DJNZ? R3，DEL1

DJNZ? R4，DEL1

RET

對(duì)每條指令進(jìn)行計(jì)算得出精確延時(shí)時(shí)間為：

1+[1+（1*13）+（2*74*13）+（2*13）+（2*10）+2]

=[（2*74+3）*13+3]+1

=1967μs

為此在例一中我們用單片機(jī)去控制一只發(fā)光二極管的閃爍，亮、滅時(shí)間均為1s，其完整的匯編程序如下。（若晶振頻率12MHZ，一個(gè)周期為1μs）

ORG? ? ? 0000H

AJMP? ? ?MAIN

ORG? ? ? 0100H

MAIN：? ? ?SETB? P1.0

LCALL? ? DELAY

LCALL? ? DEL

CLR? ? ? P1.0

LCALL? ? DELAY

LCALL? ? DEL

SJMP? ? ?MAIN

DELAY：DELAY：MOV? R7，#10

DELAY1：MOV? R6，#200

DELAY2：MOV? R5，#248

DJNZ? ? ?R5，$

DJNZ? ? ?R6，DELAY2

DJNZ? ? ?R7，DELAY1

RET

DEL：? ? ?NOP

MOV? ? ?R4，#13

DEL1：? ? MOV? R3，#73

DJNZ? ? ?R3，DEL1

DJNZ? ? ?R4，DEL1

RET

END

2.硬件延時(shí)。

硬件延時(shí)就是用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0或T1來(lái)完成。首先分清一個(gè)概念，其實(shí)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的原理都是一樣的，都是“數(shù)”脈沖，有些人強(qiáng)行的認(rèn)為，定時(shí)器是定時(shí)的，計(jì)數(shù)器是計(jì)數(shù)的，那是不對(duì)的。其區(qū)別在于定時(shí)器使用的是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖（有時(shí)候也是用外部基準(zhǔn)時(shí)鐘，但情況比較少），因?yàn)闀r(shí)鐘脈沖穩(wěn)定的特點(diǎn)，我們就可以通過(guò)計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)N，知道時(shí)間T=N*（1/F）（F為時(shí)鐘頻率）;計(jì)數(shù)器一般是外部脈沖統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)。不過(guò)有時(shí)候定時(shí)器和計(jì)數(shù)器聯(lián)合使用，用來(lái)測(cè)量外部脈沖頻率。

對(duì)于51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，內(nèi)部的兩個(gè)定時(shí)器實(shí)質(zhì)是16位的計(jì)數(shù)器，分別由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成，這兩個(gè)定時(shí)器由兩個(gè)8位特殊功能寄存器即TOMD與TCON控制，TOMD用于設(shè)置定時(shí)器的工作方式，TCON用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)與中斷申請(qǐng)。同學(xué)們要熟悉這兩個(gè)特殊功能寄存器相應(yīng)位的功能及設(shè)置，這是學(xué)習(xí)中的一個(gè)難點(diǎn);另一個(gè)難點(diǎn)是定時(shí)器裝入初值的計(jì)算，要將十進(jìn)制換算成十六進(jìn)制，分成高8位和低8位，當(dāng)設(shè)置定時(shí)時(shí)間后，定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，主程序繼續(xù)執(zhí)行，不用管定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，定時(shí)器就會(huì)申請(qǐng)中斷，單片機(jī)就響應(yīng)中斷，處理定時(shí)子程序需要完成的工作，完成后返回到主程序繼續(xù)主程序的執(zhí)行。具體實(shí)現(xiàn)就是計(jì)數(shù)到65535再加一的話，定時(shí)器就會(huì)溢出，如果開(kāi)了中斷的話，就會(huì)進(jìn)入中斷服務(wù)程序。

例三：用定時(shí)器做1S延時(shí)的匯編語(yǔ)言程序

MOV? TOMD，#01H

MOV? ?R1，#00H

MAIN：

MOV? ?TH0，#3CH

MOV? ?TL0，#0B0H

SETB? ?TR0

JNB? ? TF0，$

CLR? ? TF0

INC? ? ?R1

MOV? ?A，R1

CJNE? ?A，#20，MAIN

上面程序延時(shí)時(shí)間為T(mén)=（65536-15536）×1×20=106us=1s

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值的計(jì)算T0初值=216 -（T/時(shí)鐘周期×12）。

總之延時(shí)程序的編寫(xiě)是單片機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要而又基礎(chǔ)的任務(wù)，可能需要多次修改才能滿(mǎn)足要求。掌握好延時(shí)程序的編寫(xiě)對(duì)今后從事項(xiàng)目開(kāi)發(fā)有著重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]姜治臻等.單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用【M】，高等教育出版社.

[2]徐新艷.單片機(jī)及工程應(yīng)用【M】，高等教育出版社.

[3]51開(kāi)發(fā)板學(xué)習(xí).單片機(jī)教程網(wǎng)【DB/OL】.