您好, 歡迎來到化工儀器網
MSP430的軟硬件C延時程序設計
MSP430的軟硬件C延時程序設計
MSP430是超低功耗16位單片機，越來越受到電子工程師親睞并得到廣泛應用。因此，上海正偉就此解析MSP430的軟硬件C延時程序設計，C程序直觀，可讀性好，易于移植和維護，已被很多單片機編程人員所采用。MSP430集成開發環境(如IAR Embedded Workbench和AQ430)都集成了C編譯器和C語言級調試器C—SPY。但是C語言難以實現精確延時，這一直困擾著很多MSP430單片機程序員。筆者在實際項目開發過程中，遇到很多需要嚴格時序控制的接口器件，如單總線數字溫度傳感器DSl8820、實時時鐘芯片PCF8563(需要用普通]／o模擬12C總線時序)、三線制數字電位器AD8402、CF卡(Compact Flash Card)等都需要μs級甚至納ns級精確延時；而一些慢速設備只需要ms到s級的延時。為此，筆者提出了適合于不同延時級別需要的軟件或硬件精確延時方法，并已實際應用，效果良好，大大縮短了開發周期。
1 . 硬件延時,
MSP430單片機系統程序多采用事件驅動機制，即在沒有外部事件觸發的情況下CPU休眠于低功耗模式中。當外部事件到來時，產生中斷激活CPU，進入相應的中斷服務程序(ISR)中。中斷響應程序只完成兩個任務，一是置位相應事件的標志，二是使MCU退出低功耗模式。主程序負責使MCU在低功耗模式和事件處理程序之間切換，即在主程序中設一個無限循環，系統初始化以后直接進入低功耗模式。MCU被喚醒后，判斷各標志是否置位。如果是單一標志置位,那么MCU執行相應的事件處理程序，完成后轉入低功耗模式；若是有多個標志同時置位，主程序按照事先排好的消息隊列對它們依次判別并進行處理，所有事件處理完畢以后MCU休眠，系統進入低功耗狀態(該消息隊列的順序是按照任務的重要性設定的優先級)。在這種前后臺系統中，由于主程序是無限循環，就必須關閉看門狗，與其閑置，不如用其定時器的功能作硬件延時。使用MSP430單片機看門狗定時器實現任意時長精確延時，既滿足了系統實時低功耗的要求，也彌補了使用無限循環延時的時間難確定和占用CPU時間長的缺點。通過下例，講解在同一WDT ISR中完成不同時長延時的技巧。
#pragma vector=WD_r_VECTOR
interrupt void WDT_Delay(void){
／／看門狗中斷服務程序
if((DelayTime&Delay500ms)==Delay500ms){
／／判斷需要500 ms延時的標志是否置位
static unsigned int n250MS=O；
n250MS++；
if(n250MS==2){ ／／延時250ms×2=500ms
n250MS=0； ／／清零計數器
DelayTime＆=~Delay500ms；／／復位標志位
WDTCTL=WDTHOLD+WDTPW;
1El＆=～WDTlE；／／關閉看門狗定時器并禁止其中斷
}
}
if((DelayTime＆Delay30s)==Delay30s){
／／判斷需要的30 s延時標志是否置位
static unsigned int nS=0；
nS++；
if(nS==30){ ／／延時1 s×30=30 s
nS=0； ／／清零計數器
DelayTime＆=～Delay30s；／／復位標志位
WDTCTL=WDTHOLD+WDTPW;
IEl&=～WDTlE； ／／關閉看門狗定時器并禁止其中斷
}
}
}
如果任務1需要500 ms的延時，只需在需要延時處執行如下語句：
WDTCTL=WDT_ADLY_250；
IE┃ =WDTIE； ／／①
DelayTime┃=Delay500ms ／／②
while((DelayTime＆Delay500ms)==Delay500ms)； ／／③
①處是配置看門狗工作在定時器模式，WDT每隔250 ms產生一次中斷請求?？梢愿鶕枰淖儠r鐘節拍，在使用32768 Hz晶振作為時鐘源時，可以產生1．9ms、16 ms、250 ms和1000 ms的延時基數。在頭文件msp430xl4x．h中，將這4種翻轉時間的WDT配置宏定義為：WDT_ADLY_1_9、WDT_ADLY_16、WDT_ADLY_250和WDT_ADLY_1000。如果用DCOCLK作為SMCLK的時鐘源，WDT選擇SMCLK=1 MHz為時鐘源，這樣可以有O．064 ms、0．5 ms、8 ms和32 ms延時基數可供使用。
②處設置一個標志位，方便WDT ISR判別并進入相應的延時分支。
③處一直判別DelayTime標志組中的Delay500ms位，如果處于置位狀態，說明所需的延時未到，執行空操作，直到延時時間到，在WDTISR中將Delay500ms復位，跳出while()循環，執行下一條指令。
同理，如果任務2需要30 s延時，通過WDTCTL=WDT_ADLY_1000激活WDT中斷，每隔1 s進中斷一次，在WDT ISR中判別標志發現是Delay30s置位而不是Delay500ms執行30 s延時程序分支。每中斷一次，計數器nS加l，直到計到30，說明30 s延時完成，清零計數器，停止看門狗(WETCTL=WE)THOLD+WDTPW；)可停止產生中斷，并復位該延時標志，以通知任務延時時間到，可以執行下面的指令了。
在WDT ISR中可以根據延時基數和計數器的搭配實現任意長度的時間延時。在系統程序設計時，先確定所需的不同延時時間，然后在WDT。ISR中添加相應的延時分支即可。嵌入式實時操作系統μC／OS—II移植于MSP430單片機就是使用看門狗定時器產生時鐘節拍的。
對于系統比較簡單，只需要單一時長的延時．而又要考慮系統功耗時，介紹另一種使用看門狗定時器中斷完成延時的方法。若要延時1 s，則設定WDT每250 ms中斷一次。在需要延時處，啟動看門狗定時器并允許其中斷，系統進入低功耗模式3(共有5種．模式)休眠。在中斷服務程序中對延時時間累加，當達到1 s時喚醒CPU，并停止看門狗定時器中斷。實例代碼如下：
vold main(vold){
WDTCTL=WDT_ADT_ADLY_250)
／／啟動WDT,每250 ms中斷一次
IEII=WDTIE)／／使能看門狗定時器中斷
_BIS_SR(LPM3_bitS+GIE)；
／／系統休眠于低功耗模式3，開總中斷
}
#pragrna vector=WDT_VECTOR
—interrupt void WDT_Delay(void){ ／／看門狗中斷服務程序
statlc unsigned charn=4；
if(一一n==O){ ／／延時4×250 ms=1 s
—BlC_SR_IRQ(LPM3_blts)；
／／將CPU從低功耗模式3喚醒
WDTCTL=WDTHOLD+WDTPW：
IEl＆=～WDTIE；)
／／關閉看門狗定時器并禁止其中斷
}
這種方法充分發揮了MSP430系列的超低功耗特性，在等待延時的過程中，CPU不需要一直判斷標志位以得知延時結束，而是進入省電模式。等待過程中，只有極短的時間會在中斷服務程序中累計時間并進行判斷?？梢愿鶕枰O置CPU進入不同的低功耗模式LPMx。如果系統使用了多種外設中斷，并在其他中斷服務程序中也有喚醒CPU的語句，這種方法便不再適用了。
μs級延時不宜使用硬件延時，因為頻繁的進出中斷會使CPU用大量時間來響應中斷和執行中斷返回等操作。硬件延時的方法適用于ms級以上的長時間延時。
2 . 軟件延時
在對數字溫度傳感器DS18820的操作中，用到的延時有：15 μs、90μs、270 μs、540 μs等。這些延時短暫，占用CPU時間不是太多，所以比較適合軟件延時的方法。通過匯編語言編寫的程序，很容易控制時間，我們知道每條語句的執行時間，每段宏的執行時間及每段子程序加調用的語句所消耗的時間。因此，要用C語言編制出較為精確的延時程序，就必須研究該段C程序生成的匯編代碼。
循環結構延時：延時時間等于指令執行時間與指令循環次數的乘積，舉例來講，對如下延時程序進行實驗分析。
void delay(unsigned int time){
while(time一一){}；
在main()中調用延時函數delayr(n)；得到的延時時間是多少，需要在MSP430單片機的集成編譯環境IAR Em—bedded Wclrkbeneh IDE 3．10A中編制測試。
使用C430寫好一段可執行代碼，在其中加入延時函數，并在主函數中調用，以delay(1OO)為例。設置工程選項Options，在Debugger欄中將Drivet選為Simulator，進行軟件仿真。在仿真環境C—SPY Debugger中，從菜單View中調出Disassembly和Register窗口，前者顯示編程軟件根據C語言程序編譯生成的匯編程序，在后者窗口中打開CPU Register子窗體，觀察指令周期計數器CYCLE—COUNTER?？梢钥吹?，delay()編譯得到如下代碼段：
delav：
001112 OF4C mov．w R12，R15
OOlll4 0C4F mov．w R15．R12
001116 3C53 add．w #0xFFFF．R12
001118 0F93 tst．w R15
00111A FB23 jne deIay
單步執行，觀察CYCI正COUNTER，發現每執行一條指令，CYCLECOUNTER的值加1，說明這5條指令各占用1個指令周期，循環體while()每執行一次需要5個指令周期，加上函數調用和函數返回各占用3個指令周期，delay(100)延時了5×100+6—506個指令周期。只要知道指令周期，就能容易的計算出延時時長了。延時函數因循環語句和編譯器的不同，執行時間也有所不同，依照上述方法具體分析，可以達到靈活編程的目的。
MSP430的指令執行速度即指令所用的周期數，這里的時鐘周期指主系統時鐘MCLK的周期。單片機上電后，如果不對時鐘系統進行設置，默認800 kHz的DCOCLK為MCLK和SMCLK的時鐘源，LFXTl接32768 Hz晶體，工作在低頻模式(XTS=O)作為ACLK的時鐘源。CPU的指令周期由MCLK決定，所以默認的指令周期就是1／800 kHz=1．25μs。要得到lμs的指令周期需要調整DCO頻率，即MCLK=1 MHz，只需進行如下設置：BCSCTLl=XT20FF+RSEL2；
／／關閉XT2振蕩器，設定DCO頻率為1 MHz
DCOCTL=DCO2
／／使得單指令周期為lμs
并不是說MSP430單片機軟件延時最小的延時基準是lμs，當開啟XT2=8 MHz高頻振蕩器，指令周期可以達到125 ns。MSP430F4XX系列的單片機由于采用了增強型鎖頻環技術FLL+，可以將DCO頻率倍增到40MHz，從而得到最快25 ns的指令周期。
調用延時函數的方法適合于100 μs～1 ms之間的延時，100μs以下的短延時最好通過空操作語句_NoP()或其任意個組合來實現?？墒褂煤甓x實現需要的延時，如要延時3 μs，則：
#define DELAY5US{_NOP();_NOP()；_NOP()；}