摘要:单片机编程者需要知道自己的程序需要花费多长时间、while周期是多少、delay延时是否真如函数功能描述那样精确延时。
很多时候,我们想知道这些参数,但是由于懒惰或者没有简单的办法,将这件事推到“明天”。笔者提出了一种简便的测试方法,可以解决这些问题。
使用单片机内部定时器,在待测程序段的开始启动定时器,在待测程序段的结尾关闭定时器。为了测量的准确性,要进行多次测量,并进行平均取值。
借助示波器的方法是:在待测程序段的开始阶段使单片机的一个GPIO输出高电平,在待测程序段的结尾阶段再令这个GPIO输出低电平。用示波器通过检查高电平的时间长度,就知道了这段代码的运行时间。显然,借助于示波器的方法更为简便。以下内容为这两种方案的实例,以STM32为测试平台。如果读者是在另外的硬件平台上测试,实际也不难,思路都是一样的,自己可以编写对应的测试代码。
Delay_us函数使用STM32系统滴答定时器实现:
检验Delay_us执行时间中用到的GPIO(gpio.h、gpio.c)的配置:
#ifndef__GPIO_H#define__GPIO_H#include"stm32f10x.h"#defineLOW 0#defineHIGH 1/* 带参宏,可以像内联函数一样使用 */#defineTX(a)ifGPIO_SetBits;elseGPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0)voidGPIO_Config(void);#endif
在main函数中检验Delay_us的执行时间:

示波器的观察结果:

可见Delay_us(100),执行了大概102us,而Delay_us(1)执行了2.2us。
更改一下main函数的延时参数:
intmain(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); } }
示波器的观察结果:

可见Delay_us(100),执行了大概101us,而Delay_us(10)执行了11.4us。
结论:此延时函数基本上还是可靠的。
至于使用定时器方法,软件检测程序段的执行时间,程序实现思路见STM32之系统滴答定时器:
笔者已经将检查软件的使用封装成库,使用方法在链接文章中也有介绍。我们这里只做一下简要的实践活动。
Delay_us函数使用STM32定时器2实现:
在main函数中检验Delay_us的执行时间:
#include"stm32f10x.h"#include"Timer_Drive.h"#include"gpio.h"#include"systick.h"TimingVarTypeDef Time;intmain(void){ TIM2_Init; SysTick_Init; SysTick_Time_Init(for{ SysTick_Time_Start; Delay_us(1000); SysTick_Time_Stop; } }
怎么去看检测结果呢?用调试的办法,打开调试界面后,将Time变量添加到Watch一栏中。然后全速运行程序,既可以看到Time中保存变量的变化情况,其中TimeWidthAvrage就是最终的结果。

可以看到TimeWidthAvrage的值等于0x119B8,十进制数对应72120,滴答定时器的一个滴答为1/72M,所以Delay_us的执行时间就是72120*1/72M = 0.001001s,也就是1ms。验证成功。
备注:定时器方法输出检测结果有待改善,你可以把得到的TimeWidthAvrage转换成时间(以us、ms、s)为单位,然后通过串口打印出来,不过这部分工作对于经常使用调试的人员来说也可有可无。
操作起来复杂,由于在原代码基础上增加了测试代码,可能会影响到原代码的工作,测试可靠性相对较低。由于使用32位的变量保存systick的计数次数,计时的最大长度可以达到2^32/72M = 59.65 s。
操作简单,在原代码基础上几乎没有增加代码,测试可靠性很高。由于示波器的显示能力有限,超过1s以上的程序段,计时效果不是很理想。但是,通常的单片机程序实时性要求很高,一般不会出现程序段时间超过秒级的情况。
综合对比,推荐使用示波器方法。