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  • 借助示波器方法的实例至于使用定时器方法,实例之系统

    摘要:单片机程序员需要知道自己的程序需要多长时间,while循环是多长时间,延迟延迟是否和功能描述一样准确。

    很多时候,我们都想知道这些参数,但是由于懒惰或者没有好办法,把这个东西推到了“明天”。作者提出了一种简单的测试方法来解决这些问题。

    测试代码运行时的两种方法

    利用单片机的内部定时器,在待测程序段的开头启动定时器,在待测程序段的末尾关闭定时器。为了测量精度,需要进行多次测量并取平均值。

    借助示波器的方法是使单片机的一个GPIO在待测程序段开始时输出高电平,然后在待测程序段结束时使该GPIO输出低电平. 使用示波器,您可以通过检查它的高时间来判断此代码​​运行了多长时间。显然,借助示波器的方法更容易。以下是这两种方案的示例,使用STM32作为测试平台。如果读者在另一个硬件平台上测试,其实不难,思路都是一样的,可以自己写相应的测试代码。

    借助示波器方法的示例

    Delay_us 函数是使用 STM32 系统滴答定时器实现的:

    #include "systick.h"
    /* SystemFrequency / 1000    1ms中断一次
     * SystemFrequency / 100000     10us中断一次
     * SystemFrequency / 1000000 1us中断一次
     */
    #define SYSTICKPERIOD                    0.000001
    #define SYSTICKFREQUENCY            (1/SYSTICKPERIOD)
    /**
      * @brief  读取SysTick的状态位COUNTFLAG
      * @param  无
      * @retval The new state of USART_FLAG (SET or RESET).
      */
    static FlagStatus SysTick_GetFlagStatus(void) 
    {
        if(SysTick->CTRL&SysTick_CTRL_COUNTFLAG_Msk) 
        {
            return SET;
        }
        else
        {
            return RESET;
        }
    }
    /**
      * @brief  配置系统滴答定时器 SysTick
      * @param  无
      * @retval 1 = failed, 0 = successful
      */
    uint32_t SysTick_Init(void)
    {
           /* 设置定时周期为1us  */
        if (SysTick_Config(SystemCoreClock / SYSTICKFREQUENCY)) 
        { 
            /* Capture error */ 
            return (1);
        }
        /* 关闭滴答定时器且禁止中断  */
        SysTick->CTRL &= ~ (SysTick_CTRL_ENABLE_Msk | SysTick_CTRL_TICKINT_Msk);                                                  
        return (0);
    }
    /**
      * @brief   us延时程序,10us为一个单位
      * @param  
      *        @arg nTime: Delay_us( 10 ) 则实现的延时为 10 * 1us = 10us
      * @retval  无
      */
    void Delay_us(__IO uint32_t nTime)
    {     
        /* 清零计数器并使能滴答定时器 */  
        SysTick->VAL   = 0;  
        SysTick->CTRL |=  SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;     
        for( ; nTime > 0 ; nTime--)
        {
         /* 等待一个延时单位的结束 */
         while(SysTick_GetFlagStatus() != SET);
        }
        /* 关闭滴答定时器 */
        SysTick->CTRL &= ~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
    }
    

    检查Delay_us执行时间中使用的GPIO(gpio.h,gpio.c)的配置:

    #ifndef __GPIO_H
    #define    __GPIO_H
    #include "stm32f10x.h"
    #define     LOW          0
    #define     HIGH         1
    /* 带参宏,可以像内联函数一样使用 */
    #define TX(a)                if (a)    
                                                GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);
                                            else        
                                                GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0)
    void GPIO_Config(void);
    #endif
    #include "gpio.h"   
     /**
      * @brief  初始化GPIO
      * @param  无
      * @retval 无
      */
    void GPIO_Config(void)
    {        
            /*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体*/
            GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
            /*开启LED的外设时钟*/
            RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); 
                                                               
            GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;    
            GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;     
            GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; 
            GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);    
    }
    

    在main函数中查看Delay_us的执行时间:

    #include "systick.h"
    #include "gpio.h"
    /**
      * @brief  主函数
      * @param  无  
      * @retval 无
      */
    int main(void)
    {    
        GPIO_Config();
        /* 配置SysTick定时周期为1us */
        SysTick_Init();
        for(;;)
        {
            TX(HIGH); 
            Delay_us(1);
            TX(LOW);
            Delay_us(100);
        }     
    }
    

    示波器观察:

    可以看出Delay_us(100),执行了大约102us,Delay_us(1)执行了2.2us。

    更改主函数的延迟参数:

    int main(void)
    {    
        /* LED 端口初始化 */
        GPIO_Config();
        /* 配置SysTick定时周期为1us */
        SysTick_Init();
        for(;;)
        {
            TX(HIGH); 
            Delay_us(10);
            TX(LOW);
            Delay_us(100);
        }     
    }
    

    示波器观察:

    有没有那款英飞凌的单片机以写模糊pid程序_郭天祥单片机无法烧写下载程序_单片机定时器里写程序

    可以看出Delay_us(100),执行了大约101us,Delay_us(10)执行了11.4us。

    结论:这个延时函数基本可靠。

    使用计时器方法的示例

    至于使用定时器的方法,软件检测程序段的执行时间,程序实现思路见STM32的系统滴答定时器:

    http://www.cnblogs.com/amanlikethis/p/3730205.html
    

    作者已将巡检软件的使用封装成一个库,在链接的文章中也介绍了使用方法。我们在这里只做一个简短的实践活动。

    使用STM32定时器2实现Delay_us函数:

    #include "timer.h"
    /* SystemFrequency / 1000            1ms中断一次
     * SystemFrequency / 100000     10us中断一次
     * SystemFrequency / 1000000         1us中断一次
     */
    #define SYSTICKPERIOD                    0.000001
    #define SYSTICKFREQUENCY            (1/SYSTICKPERIOD)
    /**
      * @brief  定时器2的初始化,,定时周期1uS
      * @param  无
      * @retval 无
      */
    void TIM2_Init(void)
    {
        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
        /*AHB = 72MHz,RCC_CFGR的PPRE1 = 2,所以APB1 = 36MHz,TIM2CLK = APB1*2 = 72MHz */
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
        
        /* Time base configuration */         
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = SystemCoreClock/SYSTICKFREQUENCY -1;
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
        TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
        
        TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);
        
        /* 设置更新请求源只在计数器上溢或下溢时产生中断 */
        TIM_UpdateRequestConfig(TIM2,TIM_UpdateSource_Global); 
        TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
    }
    /**
      * @brief   us延时程序,10us为一个单位
      * @param  
      *        @arg nTime: Delay_us( 10 ) 则实现的延时为 10 * 1us = 10us
      * @retval  无
      */
    void Delay_us(__IO uint32_t nTime)
    {     
        /* 清零计数器并使能滴答定时器 */  
        TIM2->CNT   = 0;  
        TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);     
        for( ; nTime > 0 ; nTime--)
        {
         /* 等待一个延时单位的结束 */
         while(TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_FLAG_Update) != SET);
         TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
        }
        TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
    }
    

    在main函数中查看Delay_us的执行时间:

    #include "stm32f10x.h"
    #include "Timer_Drive.h"
    #include "gpio.h"
    #include "systick.h"
    TimingVarTypeDef Time;
    int main(void)
    {    
        TIM2_Init();    
        SysTick_Init();
        SysTick_Time_Init(&Time);
        
        for(;;)
        {
            SysTick_Time_Start(); 
            Delay_us(1000);
            SysTick_Time_Stop();
        }     
    }
    

    如何查看测试结果?使用调试方法,打开调试界面后,将Time变量添加到Watch列。然后全速运行程序,可以看到Time中保存的变量的变化,其中TimeWidthAvrage就是最终结果。

    可以看出TimeWidthAvrage的值等于0x119B8,十进制数对应72120,tick定时器的一个tick为1/72M(s),所以Delay_us(1000)的执行时间为72120*1/72M (s) = 0.001001s,即1ms单片机定时器里写程序,验证成功。

    注:定时器方式的输出检测结果有待改进。可以将得到的TimeWidthAvrage转换成时间(单位:us,ms,s),然后通过串口打印出来,不过这部分工作也适合经常使用调试的人。选修的。

    两种方法比较软件测试方法:

    操作起来很复杂。由于测试代码是在原代码的基础上添加的,可能会影响原代码的工作,测试可靠性比较低。由于使用 32 位变量来保存 systick 的计数次数,因此计数的最大长度可以达到 2^32/72M = 59.65 s。

    示波器法

    操作简单,在原代码的基础上几乎不加任何代码,测试可靠性非常高。由于示波器的显示能力有限,对于超过1s的节目段单片机定时器里写程序,时序效果不是很理想。但是,通常的单片机程序对实时性要求很高,一般不会出现程序段时间超过秒级的情况。

    综合比较,推荐使用示波器法。

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