單片機定時器中斷時間誤差原因分析

在單片機定時器的應用過程中，在中斷時間設置方面出現(xiàn)誤差是工程師們最不愿見到的錯誤之一。那么，都是哪些原因導致了單片機定時器的中斷時間設置出現(xiàn)了誤差呢?這些誤差的的嚴重程度又是怎樣的呢?在今天的文章中，我們將會針對這一問題展開總結和分析。

在單片機定時器的實際應用過程中，產(chǎn)生單片機定時器溢出中斷與CPU響應中斷的時間誤差，通常來說有兩個原因。一個是定時器溢出中斷信號時，CPU正在執(zhí)行某指令。而另一個原因就是定時器溢出中斷信號時，CPU正在執(zhí)行某中斷服務程序。下面我們將會就這兩種造成誤差的原因展開分別分析。

CPU正在執(zhí)行某指令時的誤差

在單片機定時器的使用過程中，由于CPU正在執(zhí)行某指令時所造成的誤差，是導致中斷時間設置出現(xiàn)誤差的重要原因。由于CPU正在執(zhí)行某指令，因此它不能及時響應單片機定時器的溢出中斷。當CPU執(zhí)行此指令后再響應中斷所延遲的最長時間為該指令的指令周期，即誤差的最大值為執(zhí)行該指令所需的時間。由于各指令都有對應的指令周期，因此這種誤差將因CPU正在執(zhí)行指令的不同而不同。如定時器溢出中斷時，CPU正在執(zhí)行指令MOVA,Rn，其最大誤差為1個機器周期。而執(zhí)行指令MOVRn、direct時，其最大誤差為2個機器周期。當CPU正在執(zhí)行乘法或除法指令時，最大時間誤差可達4個機器周期。在8051單片機指令系統(tǒng)中，多數(shù)指令的指令周期為1-2個機器周期，因此最大時間誤差一般為1-2個機器周期。若振蕩器振蕩頻率為fosc。而當CPU正在執(zhí)行指令的機器周期數(shù)為Ci，則最大時間誤差為Δtmax1=12/fosc×Ci(us)。例如fosc=12MHZ，CPU正在執(zhí)行乘法指令(Ci=4)，此時的最大時間誤差可通過公式計算為：

Δtmax1=12/fosc×Ci=12/(12×106)×4=4×10-6(s)=4(μs)

CPU正在執(zhí)行某中斷服務的程序時的誤差

由于CPU正在執(zhí)行某個中斷服務的程序而造成的單片機中斷程序誤差，也是一個重要的誤差形成原因。當單片機定時器溢出中斷信號時，此時如果CPU正在執(zhí)行同級或高優(yōu)先級中斷服務程序，那么它將會繼續(xù)執(zhí)行這些程序，不能及時響應定時器的溢出中斷請求，其延遲時間由中斷轉移指令周期T1、中斷服務程序執(zhí)行時間T2、中斷返回指令的指令周期T3及中斷返回原斷點后執(zhí)行下一條指令周期T4(如乘法指令)組成。中斷轉移指令和中斷返回指令的指令周期都分別為2個機器周期。中斷服務程序的執(zhí)行時間為該程序所含指令的指令周期的總和。因此，最大時間誤差Δtmax2為：Δtmax2=(T1+T2+T3+T4)12/fosc=(2+T2+2+4)12/fosc=12(T2+8)/fosc。若設fosc=12MHZ，則最大時間誤差可通過該公式計算為：

Δtmax2=12(T2+8)/fosc=12(T2+8)/12×106=(T2+8)×10-6(s)=T2+8(μs)。

此時需要工程師重點注意的一個問題是，由于上式中T2一般大于8，因此，這種單片機定時器的時間誤差一般取決于正在執(zhí)行的中斷服務程序。當CPU正在執(zhí)行中斷返回指令RETI、或正在讀寫IE或IP指令時，這種誤差在5個機器周期內。