本連載主要介紹為了應(yīng)用單片機(jī)而無法避開的必需的外設(shè)功能。本連載中，將以搭載了瑞薩電子的單片機(jī)--RX63N的電路板“GR-SAKURA”為例進(jìn)行說明，請你也實際操作試試看！ 一手包辦有關(guān)時間和時刻的處理！ 在單片機(jī)中，不僅頻繁地使用“○月○日○點○分”這種時刻顯示，顯示過去的時間和一定的周期這種形式也被頻繁地使用。例如，“該程序從運行開始過去了多少時間？”、“每秒輸送128次信號”等等。另外，還經(jīng)常被用于“等待指定的時間”、“經(jīng)過指定的時間后將轉(zhuǎn)移到下一個處理”這樣的情況。對這些與時間和時刻有關(guān)進(jìn)行處理的外設(shè)功能就是定時器（圖1）。 圖1：定時器就是進(jìn)行與時間、時刻有關(guān)的處理 我們也可以不使用外設(shè)功能（硬件）的定時器，而是通過軟件來計算時間。下面通過圖2來說明使用軟件來定時的示例，圖中假設(shè)循環(huán)（重復(fù)）部分的處理需要費時１μs（微秒：100萬分之1秒）。由此可以計算出該循環(huán)部分重復(fù)1000次需要花費1ms（毫秒：千分之1秒），重復(fù)100萬次則需費時1秒。即：通過“等待經(jīng)過循環(huán)處理所指定的時間”來計算時間。但是，CPU將會集中進(jìn)行時間計算的處理而無法進(jìn)行其他處理。而且，只能計算一個周期的時間。而現(xiàn)實當(dāng)中，單片機(jī)需要對應(yīng)0.1秒和1/1024秒等各種周期的時間。 另外，CPU的計時器頻率（驅(qū)動速度）也將對軟件產(chǎn)生影響。如果將100MHz驅(qū)動的CPU改為50MHz，那么循環(huán)1次所需的時間將變?yōu)樵瓉淼膬杀?。因此，需要對計算時間的軟件進(jìn)行修正。如上所述，由于在管理上既花時間又容易出錯，所以要極力避免通過軟件來計算時間。 圖2：通過軟件定時的定時器示例 稍微介紹一下中斷的內(nèi)容…… 下面，我們簡單介紹一下和定時器不可分割的技術(shù)——“中斷功能”。單片機(jī)中的“中斷功能”是指某個程序在執(zhí)行過程中，因某種原因而發(fā)出“開始進(jìn)行其他處理”的請求。由于可以使用中斷功能，所以可使CPU不集中進(jìn)行一個處理。 讓我們想象一下日常生活中用到“中斷功能”的情景，當(dāng)我們把熱水倒入方便面盒中后，如果我們在3分鐘內(nèi)一直盯著時鐘看，那么這段時間內(nèi)我們就不能做其它事情。但如果用廚房定時器設(shè)定3分鐘的時間，在廚房定時器的警報響起之前我們便可以去做其它事情。在這個例子中，“一直盯著時鐘看”就相當(dāng)于前一節(jié)中所介紹的“等待經(jīng)過循環(huán)處理所指定的時間”，所以在處理結(jié)束之前不能去做其它事情。同時，廚房定時器的警報就相當(dāng)于中斷功能。在中斷發(fā)生前還可以去做其它事情。 單片機(jī)的外設(shè)功能中有各種各樣的定時器，這些定時器在經(jīng)過指定的時間或處理結(jié)束時向CPU發(fā)送中斷信號。不僅是定時器，很多外設(shè)功能都會在“產(chǎn)生變化”、“處理開始／結(jié)束”時將中斷信息傳送給CPU。所以，CPU在中斷功能發(fā)生前還可以繼續(xù)做其它工作，因此可提高作業(yè)效率。關(guān)于中斷功能的詳細(xì)內(nèi)容，將在本系列第4期的《外部中斷功能IRQ》中做詳細(xì)介紹。本期中，我們先事先了解一下“從外設(shè)功能以中斷的形式向CPU傳送信息”的內(nèi)容。 各式各樣的定時器中，還有“看門狗定時器”！ 在單片機(jī)的外設(shè)功能中，最貼心的定時器是計算到指定時間的定時器和每隔一段時間便發(fā)生中斷的定時器。另外，在瑞薩電子的RX63N單片機(jī)中，搭載了為控制伺服電動機(jī)而產(chǎn)生脈寬調(diào)制解調(diào)（PWM）信號的定時器、計算輸入信號間隔的定時器、顯示現(xiàn)在時刻的RTC（實時時鐘）等各種各樣的定時器。 在定時器中，最具特色的是WDT（看門狗定時器）。其名字Watch Dog Time中的Watch dog意思為“看門狗”，它的工作就是監(jiān)視程序是否出現(xiàn)失控。由WDT監(jiān)視的程序通過事先將設(shè)定的值寫入WDT后啟動。WDT每隔一定時間便減掉寫入的值，當(dāng)程序正常運行時，處理結(jié)束前會對WDT清零再結(jié)束。但是，如果程序失控（進(jìn)入意料之外的重復(fù)狀態(tài)且無法停止）時，寫入WDT的值將小于0（稱為下溢），因此向CPU通知程序出現(xiàn)了失控。在不允許睡眠的重要系統(tǒng)中，單片機(jī)中搭載的“看門狗定時器”―WDT發(fā)揮了極其重要的作用。 輕松嘗試使用定時器 雖然說：“我們就通過程序來實際使用定時器……”，但是實際上，要想熟練運用定時器，必須先理解單片機(jī)的操作步驟。而且，不僅需要了解通過軟件進(jìn)行操作的步驟，還需理解單片機(jī)的硬件（結(jié)構(gòu)）以及所使用的零部件的規(guī)格等。 因此，需要幫助時請使用“數(shù)據(jù)庫”。對于搭載了RX63N單片機(jī)的GR-SAKURA電路板，我們準(zhǔn)備了幾個與時間和時刻有關(guān)的數(shù)據(jù)庫（參照以下鏈接）。 (僅英文版) 在這個程序中，要讓GR-SAKURA上的LED在一定周期內(nèi)發(fā)光。雖然僅是很簡單的操作，但是要想讓LED在正確的周期內(nèi)發(fā)光就需要使用定時器。在上述櫻花程序庫的“時間”選項內(nèi)，有計算經(jīng)過時間的數(shù)據(jù)庫，所以我們就使用它。 程序如圖3所示。第14行的millis函數(shù)以從程序開始時經(jīng)過的時間ms（毫秒：千分之一秒）為單位送回，沒有參數(shù)。使用該函數(shù)，通過獲取和最初的測定（第14行）之間的差距來取得1秒后、2秒后的結(jié)果。用while語言生成循環(huán)，從a的值等待1秒或2秒（第15行、第19行）。于是，1秒后LED0（GR-Sakura電路板的D1）亮燈，2秒后滅燈。滅燈后結(jié)束loop函數(shù)，但是該操作會再次反復(fù)繼續(xù)執(zhí)行。另外，millis函數(shù)沒有符號，將返回long型的整數(shù)。 圖3：使用定時器功能使LED亮燈的程序。此例中，以1秒鐘為周期閃爍。 ※//～是用于進(jìn)行評價，對程序的執(zhí)行不產(chǎn)生影響 將程序輸入Web編譯器，再將編譯完成后的二進(jìn)制文件傳送給GR-SAKURA。傳送結(jié)束后，4個LED燈將暫時熄滅后再開始執(zhí)行，LED0（GR-Sakura電路板的D1）開始閃爍。 本期我們講解了必要的外設(shè)功能之一“定時器”。有關(guān)時間和時刻的處理，在各種場合都需要。請大家借此機(jī)會實際操作各種數(shù)據(jù)庫。 但是，文中的“毎秒128次”和“1/1024秒”這些數(shù)字突然冒出來，是否讓你吃了一驚呢？128是2的7次方，1024是2的10次方。RTC中具有每1/128秒產(chǎn)生一次中斷的功能……這是在單片機(jī)的世界中經(jīng)?？吹降臄?shù)字。? (mbbeetchina)