計算51單片機定時器定時時間方法

計算定時器定時時間

• 假設現在使用晶振是 11.0592M

  • 則時鍾周期為:

    \[\frac{1}{11059200} \]

  • 則機器周期為:

    \[\frac{12}{11059200} \]

• 如果現在要定時20ms, 就是0.02秒, 要經過x個機器周期后得到0.02秒, 列出方程:

  \[x * \frac{12}{11059200} = 0.02 \\ \\ x = 18432 \]
  • x(18432 )個機器周期后剛好達到 65536(溢出)
  • 因為16 位定時器 的溢出值是 65536(因 為65535 +1 才是溢出)

• 得到寄存器初值y

  \[y = 65536 - 18432 = 47104 \]
  • 將y轉成 16 進制 就是 0xB800
    • TH0 = 0xB8
    • TL0 = 0x00

Matlab計算

• 如果以上方程懶得手算求解的話，有個好方法就是用Matlab解一下 [滑稽].

  syms x
  

  eqn = x * 12 / 11059200 == 0.02
  

  solve(eqn, x)
  

• 同樣可以得到18432

定時時間精准性調整

問題提出

• 單片機系統里，硬件進入中斷需要一定的時間，大概是幾個機器周期，還要進行原始數據保護，就是把進中斷之前程序運行的一些變量先保存起來，專業術語叫做中斷壓棧，進入中斷后，重新給定時器 TH 和 TL 賦值，也需要幾個機器周期，這樣下來就會消耗一定的時間.
• 雖說這點時間很短，但這所造成的時間誤差是會累計的，沒1秒鍾都差了幾個微秒，時間一久造成的誤差就不可小覷了。

解決方案

1. 使用軟件debug進行補償:

   • keil Debug觀察程序運行時間, 可以把2次進入中斷的時間間隔觀察出來，比較和實際定時的時間相差了幾個機器周期，然后在進行定時器初值賦值的時候，進行一個調整。
   • 目前我STC89C52上用的是11.0592M晶振，發現差了幾個機器周期，就把定時器初值加上幾個機器周期，這樣相當於進行了一個補償。

2. 使用累計誤差計算出來:

   • 有時候，除了程序本身存在的誤差外，硬件精度也有可能會影響到時鍾的精度，比如晶振，會隨着溫度變化出現溫漂現象，就是實際值和標稱值要差一點。那么還可以采取累計誤差的方法來提高精度：
     • 比如我們可以讓時鍾運行半個小時或者一個小時，看看最終時間差了幾秒，然后算算一共進了多少次定時器中斷，把這差的幾秒平均分配到每次的定時器中斷中，就可以實現時鍾的調整。

3. 這個世界上沒有絕對的精確，只能在一定程度上提高精確度，但是永遠不會使誤差為0，只能無限接近0，如果在上兩個基礎上，還是覺得不夠精確的話，那么建議使用時鍾芯片(DS1302)，通常時鍾芯片計時的精度比單片機的精度要高一些。

Code

• 精確到ms定時時間的函數

  /* 定義定時器高低位重裝數據的全局變量 */
  #define CRYSTAL_VALUE 11059200 // 當前單片機所使用的晶振值
  #define MACHINE_CYCLE 12       // 當前單片機的機器周期
  
  unsigned char T0RH = 0; // T0 重載值的高字節
  unsigned char T0RL = 0; // T0 重載值的低字節
  
  /* 配置並啟動 T0，ms-T0 定時時間 */
  void ConfigTimer0(unsigned int ms) {
    unsigned long tmp_value;
    //臨時變量
    tmp_value = CRYSTAL_VALUE / MACHINE_CYCLE;
  
    //定時器計數頻率
    tmp_value = (tmp_value * ms) / 1000;   // 計算所需的計數值
    tmp_value = 65536 - tmp_value;         // 計算定時器重載值
    tmp_value = tmp_value + 18;            // 補償中斷響應延時造成的誤差
    T0RH = (unsigned char)(tmp_value>>8);  // 定時器重載值拆分為高低字節
    T0RL = (unsigned char)tmp_value;
    TMOD &= 0xF0;                   // 清零 T0 的控制位
    TMOD |= 0x01;                   // 配置 T0 為模式 1
    TH0 = T0RH;                     // 加載 T0 重載值
    TL0 = T0RL;
    ET0 = 1;                        // 使能 T0 中斷
    TR0 = 1;                        // 啟動 T0
  
  }
  
  /* 定時器0中斷服務函數 */
  void InterruptTimer0() interrupt 1 {
    TH0 = T0RH; // 重新加載初值
    TL0 = T0RL;
  
  }