Программное формирование временной задержки

Временная задержка малой длительности. Процедура реализации временной задержки использует метод программных циклов. При этом в некоторый рабочий регистр загружается число, которое затем в каждом проходе цикла уменьшается на 1. Так продолжается до тех пор, пока содержимое рабочего регистра не станет равным нулю, что интерпретируется программой как момент выхода из цикла. Время задержки при этом определяется числом, загруженным в рабочий регистр, и временем выполнения команд, образующих программный цикл.

Предположим, что в управляющей программе необходимо реализовать временную задержку 99 мкс. Фрагмент программы, реализующей временную задержку, требуется оформить в виде подпрограммы, так как предполагается, что основная управляющая программа будет производить к ней многократные обращения для формирования выходных импульсных сигналов, длительность которых кратна 99 мкс:

DELAY: MOV R2, #X;(R2)X

COUNT: DJNZ R2, COUNT;декремент R2 и цикл, если не нуль

RET;возврат

Для получения требуемой временной задержки необходимо определить число X, загружаемое в рабочий регистр. Определение числа X выполняется на основе расчёта времени выполнения команд, образующих данную подпрограмму. При этом необходимо учитывать, что команды MOV и RET выполняются однократно, а число повторений команды DJNZ равно числу X. Кроме того, обращение к подпрограмме временной задержки осуществляется по команде CALL DELAY, вpeмя исполнения которой также необходимо учитывать при подсчете временной задержки. В описании команд микроконтроллера указывается, за сколько машинных циклов (МЦ) исполняется каждая команда. На основании этих данных определяется суммарное число машинных циклов в подпрограмме: CALL - 2 МЦ, MOV - 1 МЦ, DJNZ - 2 МЦ, RET - 2 МЦ.

При тактовой частоте 12 МГц каждый машинный цикл выполняется за 1 мкс. Таким образом, подпрограмма выполняется за время 2 + 1 + 2Х + 2 = 5 + 2Х мкс. Для реализации временной задержки 99 мкс число Х = (99 - 5)/2 = 47.

В данном случае при загрузке в регистр R2 числа 47 требуемая временная задержка (99 мкс) реализуется точно. Если число Х получается дробным, то временную задержку можно реализовать лишь приблизительно. Для более точной подстройки в подпрограмму могут быть включены команды NOP, время выполнения каждой из которых равно 1 мкс.

Минимальная временная задержка, реализуемая подпрограммой DELAY, составляет 7 мкс (X = 1). Временную задержку меньшей длительности программным путем можно реализовать, включая в программу цепочки команд NOP.

Максимальная длительность задержки, реализуемая подпрограммой DELAY, составляет 515 мкс (X = 255).

Для реализации задержки большей длительности можно рекомендовать увеличить тело цикла включением дополнительных команд или использовать метод вложенных циклов. Так, например, если в подпрограмму DELAY перед командой DJNZ вставить дополнительно две команды NOP, то максимальная задержка составит 5 + Х(2 + 1) = 5+3 * 255 = 770 мкс (т.е. почти в полтора раза больше).

Временная задержка большой длительности. Задержка большой длительности может быть реализована методом вложенных циклов. Числа Х и Y выбираются из соотношения Т = 2 + 1 + Х(1 + 2Y + 2) + 2, где Т - реализуемый временной интервал в микросекундах. Максимальный временной интервал, реализуемый таким способом, при Х = Y = 255 составляет 130.82 мс, т.е. приблизительно 0.13 с.

В качестве примера рассмотрим подпрограмму, реализующую временную задержку 100 мс:

DELAY: MOV R1, #195;загрузка X

LOOPEX: MOV R2, #254;загрузка Y

LOOPIN: DJNZ R2, LOOPIN;декремент R2 и внутренний цикл,

;если (R2)¹0

DJNZ R1, LOOPEX;декремент R1 и внешний цикл,

;если (R1)¹0

MOV R3, #174;точная подстройка

LOOPAD: DJNZ R3, LOOPAD;временной задержки

NOP;задержки

RET

Здесь два вложенных цикла реализуют временную задержку длительностью 5 + 195(3 + 2*254) = 99 650 мкс, а дополнительный цикл LOOPAD и команда NOP реализует задержку 350 мкс и тем самым обеспечивает точную настройку временного интервала.

Временная задержка длительностью 1 с. Из рассмотренного примера видно, что секунда является очень большим интервалом времени по сравнению с тактовой частотой микроконтроллера. Такие задержки сложно реализовать методом вложенных циклов, поэтому их обычно набирают из точно подстроенных задержек меньшей длительности. Например, задержку в 1 с можно реализовать десятикратным вызовом подпрограммы, реализующей задержку 100 мс:

ONESEC: MOV R3, #10;загрузка в R3 числа вызовов подпрограмм

LOOP: CALL DELAY;задержка 100 мс

DJNZ R3, LOOP;декремент R3 и цикл, если (R3)¹0

Погрешность подпрограммы составляет 21 мкс. Для очень многих применений это достаточно высокая точность, хотя реализованные на основе этой программы часы астрономического времени за сутки “убегут” примерно на 1.8 с.