單片機(jī)“定時(shí)器”是做什么用的？如何實(shí)現(xiàn)？資料下載

本連載主要介紹為了應(yīng)用單片機(jī)而無(wú)法避開的必需的外設(shè)功能。本連載中，將以搭載了瑞薩電子的單片機(jī)--RX63N的電路板“GR-SAKURA”為例進(jìn)行說(shuō)明，請(qǐng)你也實(shí)際操作試試看！ 一手包辦有關(guān)時(shí)間和時(shí)刻的處理！ 在單片機(jī)中，不僅頻繁地使用“○月○日○點(diǎn)○分”這種時(shí)刻顯示，顯示過(guò)去的時(shí)間和一定的周期這種形式也被頻繁地使用。例如，“該程序從運(yùn)行開始過(guò)去了多少時(shí)間？”、“每秒輸送128次信號(hào)”等等。另外，還經(jīng)常被用于“等待指定的時(shí)間”、“經(jīng)過(guò)指定的時(shí)間后將轉(zhuǎn)移到下一個(gè)處理”這樣的情況。對(duì)這些與時(shí)間和時(shí)刻有關(guān)進(jìn)行處理的外設(shè)功能就是定時(shí)器（圖1）。 圖1：定時(shí)器就是進(jìn)行與時(shí)間、時(shí)刻有關(guān)的處理 我們也可以不使用外設(shè)功能（硬件）的定時(shí)器，而是通過(guò)軟件來(lái)計(jì)算時(shí)間。下面通過(guò)圖2來(lái)說(shuō)明使用軟件來(lái)定時(shí)的示例，圖中假設(shè)循環(huán)（重復(fù)）部分的處理需要費(fèi)時(shí)１μs（微秒：100萬(wàn)分之1秒）。由此可以計(jì)算出該循環(huán)部分重復(fù)1000次需要花費(fèi)1ms（毫秒：千分之1秒），重復(fù)100萬(wàn)次則需費(fèi)時(shí)1秒。即：通過(guò)“等待經(jīng)過(guò)循環(huán)處理所指定的時(shí)間”來(lái)計(jì)算時(shí)間。但是，CPU將會(huì)集中進(jìn)行時(shí)間計(jì)算的處理而無(wú)法進(jìn)行其他處理。而且，只能計(jì)算一個(gè)周期的時(shí)間。而現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，單片機(jī)需要對(duì)應(yīng)0.1秒和1/1024秒等各種周期的時(shí)間。 另外，CPU的計(jì)時(shí)器頻率（驅(qū)動(dòng)速度）也將對(duì)軟件產(chǎn)生影響。如果將100MHz驅(qū)動(dòng)的CPU改為50MHz，那么循環(huán)1次所需的時(shí)間將變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍。因此，需要對(duì)計(jì)算時(shí)間的軟件進(jìn)行修正。如上所述，由于在管理上既花時(shí)間又容易出錯(cuò)，所以要極力避免通過(guò)軟件來(lái)計(jì)算時(shí)間。 圖2：通過(guò)軟件定時(shí)的定時(shí)器示例 稍微介紹一下中斷的內(nèi)容…… 下面，我們簡(jiǎn)單介紹一下和定時(shí)器不可分割的技術(shù)——“中斷功能”。單片機(jī)中的“中斷功能”是指某個(gè)程序在執(zhí)行過(guò)程中，因某種原因而發(fā)出“開始進(jìn)行其他處理”的請(qǐng)求。由于可以使用中斷功能，所以可使CPU不集中進(jìn)行一個(gè)處理。 讓我們想象一下日常生活中用到“中斷功能”的情景，當(dāng)我們把熱水倒入方便面盒中后，如果我們?cè)?分鐘內(nèi)一直盯著時(shí)鐘看，那么這段時(shí)間內(nèi)我們就不能做其它事情。但如果用廚房定時(shí)器設(shè)定3分鐘的時(shí)間，在廚房定時(shí)器的警報(bào)響起之前我們便可以去做其它事情。在這個(gè)例子中，“一直盯著時(shí)鐘看”就相當(dāng)于前一節(jié)中所介紹的“等待經(jīng)過(guò)循環(huán)處理所指定的時(shí)間”，所以在處理結(jié)束之前不能去做其它事情。同時(shí)，廚房定時(shí)器的警報(bào)就相當(dāng)于中斷功能。在中斷發(fā)生前還可以去做其它事情。 單片機(jī)的外設(shè)功能中有各種各樣的定時(shí)器，這些定時(shí)器在經(jīng)過(guò)指定的時(shí)間或處理結(jié)束時(shí)向CPU發(fā)送中斷信號(hào)。不僅是定時(shí)器，很多外設(shè)功能都會(huì)在“產(chǎn)生變化”、“處理開始／結(jié)束”時(shí)將中斷信息傳送給CPU。所以，CPU在中斷功能發(fā)生前還可以繼續(xù)做其它工作，因此可提高作業(yè)效率。關(guān)于中斷功能的詳細(xì)內(nèi)容，將在本系列第4期的《外部中斷功能IRQ》中做詳細(xì)介紹。本期中，我們先事先了解一下“從外設(shè)功能以中斷的形式向CPU傳送信息”的內(nèi)容。 各式各樣的定時(shí)器中，還有“看門狗定時(shí)器”！ 在單片機(jī)的外設(shè)功能中，最貼心的定時(shí)器是計(jì)算到指定時(shí)間的定時(shí)器和每隔一段時(shí)間便發(fā)生中斷的定時(shí)器。另外，在瑞薩電子的RX63N單片機(jī)中，搭載了為控制伺服電動(dòng)機(jī)而產(chǎn)生脈寬調(diào)制解調(diào)（PWM）信號(hào)的定時(shí)器、計(jì)算輸入信號(hào)間隔的定時(shí)器、顯示現(xiàn)在時(shí)刻的RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）等各種各樣的定時(shí)器。 在定時(shí)器中，最具特色的是WDT（看門狗定時(shí)器）。其名字Watch Dog Time中的Watch dog意思為“看門狗”，它的工作就是監(jiān)視程序是否出現(xiàn)失控。由WDT監(jiān)視的程序通過(guò)事先將設(shè)定的值寫入WDT后啟動(dòng)。WDT每隔一定時(shí)間便減掉寫入的值，當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，處理結(jié)束前會(huì)對(duì)WDT清零再結(jié)束。但是，如果程序失控（進(jìn)入意料之外的重復(fù)狀態(tài)且無(wú)法停止）時(shí)，寫入WDT的值將小于0（稱為下溢），因此向CPU通知程序出現(xiàn)了失控。在不允許睡眠的重要系統(tǒng)中，單片機(jī)中搭載的“看門狗定時(shí)器”―WDT發(fā)揮了極其重要的作用。 輕松嘗試使用定時(shí)器 雖然說(shuō)：“我們就通過(guò)程序來(lái)實(shí)際使用定時(shí)器……”，但是實(shí)際上，要想熟練運(yùn)用定時(shí)器，必須先理解單片機(jī)的操作步驟。而且，不僅需要了解通過(guò)軟件進(jìn)行操作的步驟，還需理解單片機(jī)的硬件（結(jié)構(gòu)）以及所使用的零部件的規(guī)格等。 因此，需要幫助時(shí)請(qǐng)使用“數(shù)據(jù)庫(kù)”。對(duì)于搭載了RX63N單片機(jī)的GR-SAKURA電路板，我們準(zhǔn)備了幾個(gè)與時(shí)間和時(shí)刻有關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)（參照以下鏈接）。 (僅英文版) 在這個(gè)程序中，要讓GR-SAKURA上的LED在一定周期內(nèi)發(fā)光。雖然僅是很簡(jiǎn)單的操作，但是要想讓LED在正確的周期內(nèi)發(fā)光就需要使用定時(shí)器。在上述櫻花程序庫(kù)的“時(shí)間”選項(xiàng)內(nèi)，有計(jì)算經(jīng)過(guò)時(shí)間的數(shù)據(jù)庫(kù)，所以我們就使用它。 程序如圖3所示。第14行的millis函數(shù)以從程序開始時(shí)經(jīng)過(guò)的時(shí)間ms（毫秒：千分之一秒）為單位送回，沒有參數(shù)。使用該函數(shù)，通過(guò)獲取和最初的測(cè)定（第14行）之間的差距來(lái)取得1秒后、2秒后的結(jié)果。用while語(yǔ)言生成循環(huán)，從a的值等待1秒或2秒（第15行、第19行）。于是，1秒后LED0（GR-Sakura電路板的D1）亮燈，2秒后滅燈。滅燈后結(jié)束loop函數(shù)，但是該操作會(huì)再次反復(fù)繼續(xù)執(zhí)行。另外，millis函數(shù)沒有符號(hào)，將返回long型的整數(shù)。 圖3：使用定時(shí)器功能使LED亮燈的程序。此例中，以1秒鐘為周期閃爍。 ※//～是用于進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)程序的執(zhí)行不產(chǎn)生影響 將程序輸入Web編譯器，再將編譯完成后的二進(jìn)制文件傳送給GR-SAKURA。傳送結(jié)束后，4個(gè)LED燈將暫時(shí)熄滅后再開始執(zhí)行，LED0（GR-Sakura電路板的D1）開始閃爍。 本期我們講解了必要的外設(shè)功能之一“定時(shí)器”。有關(guān)時(shí)間和時(shí)刻的處理，在各種場(chǎng)合都需要。請(qǐng)大家借此機(jī)會(huì)實(shí)際操作各種數(shù)據(jù)庫(kù)。 但是，文中的“毎秒128次”和“1/1024秒”這些數(shù)字突然冒出來(lái)，是否讓你吃了一驚呢？128是2的7次方，1024是2的10次方。RTC中具有每1/128秒產(chǎn)生一次中斷的功能……這是在單片機(jī)的世界中經(jīng)常看到的數(shù)字。? (mbbeetchina)