单片机延迟程序设计与实时控制：满足严格的时间要求

# 1. 单片机延迟程序设计概述

单片机延迟程序设计是单片机编程中的一个基本技术，它用于在程序执行过程中产生一段时间的延迟，以便完成特定的任务。延迟程序的类型包括：基于定时器中断的延迟程序和基于软件循环的延迟程序。基于定时器中断的延迟程序利用定时器中断的特性，通过设置定时器参数和中断服务程序实现延迟。基于软件循环的延迟程序则通过软件循环的方式，通过循环执行空操作或其他指令来实现延迟。

# 2. 单片机延迟程序设计理论基础

### 2.1 延迟程序的类型和特点

**类型：**

* **基于定时器中断：**利用定时器中断周期性地触发中断服务程序，实现延迟。
* **基于软件循环：**通过软件循环，逐个执行指令，达到延迟目的。

**特点：**

**基于定时器中断：**

* 准确性高，不受指令执行时间影响。
* 占用CPU资源较少，中断处理时间短。
* 可实现任意长度的延迟。

**基于软件循环：**

* 准确性较低，受指令执行时间影响。
* 占用CPU资源较多，循环执行时间长。
* 可实现较短的延迟。

### 2.2 延迟程序设计的基本原则

* **准确性：**延迟时间应尽可能接近预期值。
* **效率：**延迟程序应尽可能占用较少的CPU资源。
* **通用性：**延迟程序应适用于不同的单片机型号和应用场景。
* **可移植性：**延迟程序应易于移植到不同的开发环境。
* **可维护性：**延迟程序应易于理解、修改和调试。

# 3.1 基于定时器中断的延迟程序设计

#### 3.1.1 定时器中断的基本原理

定时器中断是一种硬件机制，它允许微控制器在特定时间间隔或事件发生时暂停当前执行的程序并执行中断服务程序 (ISR)。定时器中断的产生通常由一个定时器外设触发，该外设会定期递增或递减一个计数器。当计数器达到预设值时，它会触发中断。

定时器中断的基本原理如下：

1. **初始化定时器：**配置定时器外设，包括时钟源、计数模式、预分频器和比较值。
2. **使能中断：**在微控制器的中断控制器中使能定时器中断。
3. **编写中断服务程序 (ISR)：**编写一个 ISR 来响应定时器中断。ISR 负责执行延迟程序。
4. **启动定时器：**启动定时器外设，开始计数。
5. **等待中断：**主程序暂停执行，等待定时器中断的发生。
6. **执行 ISR：**当定时器中断发生时，微控制器会执行 ISR。ISR 会执行延迟程序，例如更新一个变量或执行其他任务。
7. **清除中断标志：**ISR 必须清除定时器中断标志，以允许后续中断的发生。

#### 3.1.2 基于定时器中断的延迟程序实现

基于定时器中断的延迟程序实现如下：

// 初始化定时器
TIM_InitTypeDef TIM_InitStruct;
TIM_InitStruct.Prescaler = 8399; // 8MHz 时钟，预分频为 8400，计数频率为 1kHz
TIM_InitStruct.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
TIM_InitStruct.Period = 1000; // 计数到 1000 时触发中断
TIM_Init(TIM2, &TIM_InitStruct);

// 使能定时器中断
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

// 启动定时器
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

// 主程序等待中断
while (1) {
  // ...其他代码
}

// 定时器中断