LPC21xx C程序的精确延时方法

引言
    随着微处理器技术的发展，微处理器不断升级，内核的处理速度越来越快，同时也出现了精确延时的问题。由于ARM7微控制器LPC21xx使用了三级流水线技术，精确延时对开发者特别是初学者带来了一定的难度。下面介绍几种LPC21xx在C程序下实现精确延时的实用方法。
    实现延时通常有两种方法：一种是硬件延时，采用定时器／计数器实现精确延时，可以提高CPU的工作效率；另一种是软件延时，这种方法主要采用循环体进行。

1 硬件延时
    Philips公司的LPC21xx系列微控制器具有2个32位可编程定时器／计数器，均具有4路捕获、4路比较并输出电路。定时器对外设时钟周期进行计数，在到达指定的定时值时可选择产生中断来执行其他动作。可用作对内部事件进行计数的间隔定时器，或自由运行的定时器，亦
可通过捕获输入实现脉宽调制。LPC21xx系列具有4个32位匹配寄存器。匹配时，可选择产生中断使定时器继续工作、停止或复位。
    使PO．7口输出方波的波形。匹配时复位定时器，产生中断使高低电平持续时间均为O．5 s，如图1所示。

    在实际应用中，定时常采用中断方式，如进行适当的循环可实现几秒甚至更长时间的延时。从程序的执行效率和稳定性两方面考虑，使用定时器／计数器延时是最佳的方案。但是占用了一个定时器，比较浪费，并且可移植性也比较差。因此，在并非要求精确定时的情况下，一般不建议采用。

2 软件延时
2．1 使用系统函数延时
    LPC21xx微控制器可以采用嵌入式操作系统进行任务的管理，如果需要延时可以使用系统的延时函数实现。采用μC／0S-II实时操作系统时，可以使用系统提供的延时函数。
    (1)任务延时函数OSTimeDly()。延时长短由指定的时钟节拍数目(O～65535)来确定。调用该函数会使系统进行一次任务调度，去执行下一个优先级最高的任务。任务调用该函数后，一旦规定的时间到了，或有其他任务通过调用OSTimeDlyResume()取消了延时，那么该任务就会立即进入就绪状态。
    (2)按时分秒延时函数OSTimeDlyHMSM()。为了更为习惯地使用任务，系统还提供了按时分秒延时函数。此函数可以精确延时到小时、分、秒，调用这个函数可引发一次任务调度。调用函数OSTimeDlyResume()可取消延时，该任务就会立即进入就绪状态。
    例如，通过P1．18口控制LEDl，调用OSTimeDlyHMSM()函数进行1 s的延时。代码如下：
    [p]
    示波器观察到的波形以及延时情况如图2所示。

2．2 使用示波器确定延时时间
    LPC21xx系列微控制器基于ARM7TDMI-S内核，采用三级流水线结构，如图3所示。处理和存储系统的所有部分都可连续工作。通常在执行一条指令的同时就对下一条指令进行译码，并将第三条指令从存储器中取出。

    因带有Cache，所以具体指令执行时间会有不同，在学习和开发过程中需要对指令时间有较粗略的判断，具体到μs级、ms级的延时。虽然采用定时器似乎比较精确，但是定时器不能解决所有问题，有些情况还需要用到软件延时。代码如下：
   
    使PO．7口输出方波，高低电平延时时间为dly=1。通过示波器观察延时时间，具体波形如图4所示。

    10 μs和1μs延时程序的波形分别如图5和图6所示。在主函数里调用以上函数，就可以实现非精确延时。采用这种方法，虽然延时不是十分精确，但是不占用资源，并且可移植性很好，示波器效果观察起来直观。因此，在不要求延时很精确的情况下，可以采用此方法进行定时。 [p]

2．3 使用反汇编工具计算延时时间
    对于不熟悉示波器但熟悉汇编语言，并且了解指令周期的开发人员来说，可以用ADSl．2中AXD Debugger的反汇编工具计算延时时间。在反汇编窗口中可用源程序和汇编程序的混合代码或汇编代码显示目标应用程序，再根据每条指令周期计算出结果。例如：
   
    其反汇编结果如图7所示。

    这种方法最直观，但是要求开发人员熟练掌握汇编语言及指令周期，并且理解流水线及Cache的工作原理等，需要花费大量的精力，而且指令周期只对低端单片机有用。因此，对于初学者这种方法不可取。

结语
    掌握延时程序的编写，能够使程序准确得以执行，这对学习和项目开发有着重要的意义。本文介绍了LPC21xx系列微控制器的几种计算延时程序执行时间并实现精确延时的方法。使用定时器进行延时是最佳的选择，可以提高CPU工作效率。在使用系统管理任务时，可以选择使用系统延时函数；在不使用嵌入式系统，无法使用定时器而又需要实现比较精确的延时时，其他几种方法可以实现不等时间的延时。
    写延时程序是一项很麻烦的任务，可能需要多次修改才能满足要求，以上介绍只是提供了一些精确延时的方法，在使用时需视情况而定。