AVR微控制器中的时间延迟

在本文中，我们将看到如何为AVR创建延迟。另外，我们将讨论指令流水线。

AVR的延迟计算：
在汇编语言说明中，要创建时间延迟，必须考虑两个重要因素。

1. 晶振频率–
   连接到XTAL1和XTAL2的晶体振荡器的频率是计算时间延迟的一个因素。指令周期的时钟周期持续时间是该晶振频率的函数。
2. AVR设计–
   AVR微处理器能够在一个周期内执行一条指令。有三种方法可以做到这一点。
   1. 使用哈佛体系结构将最大数量的代码和数据输入CPU。
   2. 使用RISC体系结构功能，例如固定大小的指令。
   3. 使用流水线来重叠指令的获取和执行。

流水线：
在早期的微处理器中，CPU可以在给定时间获取或执行。换句话说，CPU必须从内存中获取一条指令，然后执行该指令，然后再次获取下一条指令，执行该指令，依此类推。流水线化允许CPU同时读取并执行给定指令。

我们可以使用管道来加快指令的执行速度。在管道中，执行过程分为多个较小的步骤，这些步骤全部并行执行。在执行指令时，我们必须确保指令序列完好无损，并且没有不同的执行方式。

AVR的指令周期时间：
CPU执行一条指令需要花费一定的时间。该时间称为机器周期。 AVR中的所有指令均为2字节或4字节，因此大多数指令执行不超过2个机器周期(某些指令可能需要3到4个机器周期来执行)。在AVR系列中，机器周期的持续时间取决于连接到AVR系统的振荡器的频率。在AVR中，一个机器周期由一个振荡器周期组成，这意味着每个振荡器时钟都会经过一个机器周期。因此，为了计算AVR的机器周期，我们采用晶体频率的倒数。

示例1：
对于给定的晶体频率，计算指令周期。

a) 8 MHz    b) 16 MHz

Solution : a) instruction cycle = 1/ 8 MHz = 0.125 us (microsecond)   
           b) instruction cycle = 1/ 16 MHz = 0.0625 us

不同指令所需的指令周期(以1 MHz为晶振频率)：

Instruction	Instruction cycles	Time to execute
LDI	1	1 us
DEC	1	1 us
OUT	1	1 us
ADD	1	1 us
NOP	1	1 us
JMP	3	3 us
CALL	4	4 us
BRNE	2/1	2 us if taken, 1 us if it fails

示例2：
如果晶振频率为10 MHz，请在下面的代码段中找到我们的延迟。

Instruction Cycles
DELAY :   LDI        COUNT, 0XFF                  0
Again :   NOP                                     1          
          NOP                                     1
          NOP                                     1
          DEC        COUNT                        1
          BRNE       AGAIN                       2/1
          RET                                     4
          
Solution :  Time Delay = [1 +(( 1+ 1+ 1+ 1 + 2 ) x 255) + 4 ] x 0.1 us = 153.5 us