1 前言

　　單片機內部一般有若干個定時器。如8051單片機內部有定時器0和定時器1。在定時器計數溢出時，便向CPU發出中斷請求。當CPU正在執行某指令或某中斷服務程序時，它響應定時器溢出中斷往往延遲一段時間。這種延時雖對單片機低頻控制系統影響甚微，但對單片機高頻控制系統的實時控制精度卻有較大的影響，有時還可能造成控制事故。為擴大單片機的應用范圍，本文介紹它的定時器溢出中斷與CPU響應中斷的時間誤差、補償誤差的方法和實例。

　　2 誤差原因、大小及特點

　　產生單片機定時器溢出中斷與CPU響應中斷的時間誤差有兩個原因。一是定時器溢出中斷信號時，CPU正在執行某指令;二是定時器溢出中斷信號時，CPU正在執行某中斷服務程序。

　　2.1. CPU正在執行某指令時的誤差及大小

　　由于CPU正在執行某指令，因此它不能及時響應定時器的溢出中斷。當CPU執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正在執行指令的不同而不同。如定時器溢出中斷時，CPU正在執行指令MOV A， Rn，其最大誤差為1個機器周期。而執行指令MOV Rn， direct時，其最大誤差為2個機器周期。當CPU正在執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單片機指令系統中，多數指令的指令周期為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，CPU正在執行指令的機器周期數為Ci，則最大時間誤差為Δtmax1=12/fosc×Ci（us）。例如fosc=12MHZ，CPU正在執行乘法指令（Ci=4），此時的最大時間誤差為：

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

　　2.2 CPU正在執行某中斷服務的程序時的誤差及大小

　　定時器溢出中斷信號時，若CPU正在執行同級或高優先級中斷服務程序，則它仍需繼續執行這些程序，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，則最大時間誤差為：

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

　　由于上式中T2一般大于8，因此，這種時間誤差一般取決于正在執行的中斷服務程序。當CPU正在執行中斷返回指令RETI、或正在讀寫IE或IP指令時，這種誤差在5個機器周期內。

　　2.3 誤差非固定性特點

　　定時器溢出中斷與CPU響應中斷的時間誤差具有非固定性特點。即這種誤差因CPU正在執行指令的不同而有相當大的差異。如CPU正在執行某中斷服務程序，這種誤差將遠遠大于執行一條指令時的誤差。后者誤差可能是前者誤差的幾倍、幾十倍、甚至更大。如同樣只執行一條指令，這種誤差也有較大的差別。如執行乘法指令MUL AB 比執行MOV A， Rn指令的時間誤差增加了3個機器周期。這種誤差的非固定不僅給誤差分析帶來不便，同時也給誤差補償帶來困難。

　　3 誤差補償方法

　　由于定時器產生溢出中斷與CPU響應中斷請求的時間誤差具有非固定性，因此，這種誤差很難用常規方法補償。為此，本文介紹一種新方法。現介紹該方法的基本思路、定時器新初值及應用情況。

　　3.1 基本思路

　　為使定時器溢出中斷與CPU響應中斷實現同步，該方法針對中斷響應與中斷請求的時間誤差，對定時器原有的計數初值進行修改，以延長定時器計數時間，從而補償誤差。在該方法中，當定時器溢出中斷得到響應后，即停止定時器的計數，并讀出計數值。該計數值是定時器溢出后，重新從OOH開始每個機器周期繼續加1所計的值。然后，將這個值與定時器的停止計數時間求和。若在定時器原計數初值中減去這個和形成新計數初值，則定時器能在新計數初值下使溢出中斷與CPU響應中斷實現同步，從而達到誤差的補償要求。