单片机定时器中断时间误差原因分析

在单片机定时器的应用过程中，在中断时间设置方面出现误差是工程师们最不愿见到的错误之一。那么，都是哪些原因导致了单片机定时器的中断时间设置出现了误差呢?这些误差的的严重程度又是怎样的呢?在今天的文章中，我们将会针对这一问题展开总结和分析。

在单片机定时器的实际应用过程中，产生单片机定时器溢出中断与CPU响应中断的时间误差，通常来说有两个原因。一个是定时器溢出中断信号时，CPU正在执行某指令。而另一个原因就是定时器溢出中断信号时，CPU正在执行某中断服务程序。下面我们将会就这两种造成误差的原因展开分别分析。

CPU正在执行某指令时的误差

在单片机定时器的使用过程中，由于CPU正在执行某指令时所造成的误差，是导致中断时间设置出现误差的重要原因。由于CPU正在执行某指令，因此它不能及时响应单片机定时器的溢出中断。当CPU执行此指令后再响应中断所延迟的最长时间为该指令的指令周期，即误差的最大值为执行该指令所需的时间。由于各指令都有对应的指令周期，因此这种误差将因CPU正在执行指令的不同而不同。如定时器溢出中断时，CPU正在执行指令MOVA,Rn，其最大误差为1个机器周期。而执行指令MOVRn、direct时，其最大误差为2个机器周期。当CPU正在执行乘法或除法指令时，最大时间误差可达4个机器周期。在8051单片机指令系统中，多数指令的指令周期为1-2个机器周期，因此最大时间误差一般为1-2个机器周期。若振荡器振荡频率为fosc。而当CPU正在执行指令的机器周期数为Ci，则最大时间误差为Δtmax1=12/fosc×Ci(us)。例如fosc=12MHZ，CPU正在执行乘法指令(Ci=4)，此时的最大时间误差可通过公式计算为：

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

CPU正在执行某中断服务的程序时的误差

由于CPU正在执行某个中断服务的程序而造成的单片机中断程序误差，也是一个重要的误差形成原因。当单片机定时器溢出中断信号时，此时如果CPU正在执行同级或高优先级中断服务程序，那么它将会继续执行这些程序，不能及时响应定时器的溢出中断请求，其延迟时间由中断转移指令周期T1、中断服务程序执行时间T2、中断返回指令的指令周期T3及中断返回原断点后执行下一条指令周期T4(如乘法指令)组成。中断转移指令和中断返回指令的指令周期都分别为2个机器周期。中断服务程序的执行时间为该程序所含指令的指令周期的总和。因此，最大时间误差Δtmax2为：Δtmax2=(T1+T2+T3+T4)12/fosc=(2+T2+2+4)12/fosc=12(T2+8)/fosc。若设fosc=12MHZ，则最大时间误差可通过该公式计算为：

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

此时需要工程师重点注意的一个问题是，由于上式中T2一般大于8，因此，这种单片机定时器的时间误差一般取决于正在执行的中断服务程序。当CPU正在执行中断返回指令RETI、或正在读写IE或IP指令时，这种误差在5个机器周期内。