C51中精確的延時實現(xiàn)

1、C51中精確的延時與計算的實現(xiàn)C51由于其可讀性和可移植性很強(qiáng)，在單片機(jī)中得到廣泛的應(yīng)用，但在某些時候由于C51編寫的程序?qū)υ谟芯_時間要求下，可能就得要用匯編語言來編寫，但在C51是否也能實現(xiàn)時間的精確控制呢？答案是肯定的。在C51中要實現(xiàn)對時間的精確延時有以下幾種方法其一：對于延時很短的，要求在us級的，采用“_nop_函數(shù)，這個函數(shù)相當(dāng)匯編NOP旨令，延時幾微秒，就插入個這樣的函數(shù)。其二：對于延時比較長的，要求在大于10us,采用C51中的循環(huán)語句來實現(xiàn)。在選擇C51中循環(huán)語句時，要注意以下幾個問題第一、定義的C51中循環(huán)變量，盡量采用無符號字符型變量。第二、在FORW環(huán)語句中，盡量采用

2、變量減減來做循環(huán)。第三、在do,while,while語句中，循環(huán)體內(nèi)變量也采用減減方法。這因為在C51編譯器中，對不同的循環(huán)方法，采用不同的指令來完成的。下面舉例說明：unsignedcharI;for(i=0;i<255;i+);unsignedcharI;for(i=255;i>0;i-);其中，第二個循環(huán)語句C51編譯后，就用DJNZ指令來完成，相當(dāng)于如下指令：MOV09H,00FFHLOOPDJNZ09H,LOOP指令相當(dāng)簡潔，也很好計算精確的延時時間。同樣對do,while,while循環(huán)語句中，也是如此例：unsignedcharn;n=255;don-while(n

3、);或n=255;while(n)n-;這兩個循環(huán)語句經(jīng)過C51編譯之后，形成DJN次完成的方法，故其精確時間的計算也很方便。其三：對于要求精確延時時間更長，這時就要采用循環(huán)嵌套的方法來實現(xiàn)，因此，循環(huán)嵌套的方法常用于達(dá)到ms級的延時。對于循環(huán)語句同樣可以采用for,do,while,while結(jié)構(gòu)來完成，每個循環(huán)體內(nèi)的變量仍然采用無符號字符變量。unsignedchari,jfor(i=255;i>0;i-)for(j=255;j>0;j-);或unsignedchari,ji=255;doj=255;doj-while(j);i-;while(i);或unsignedchari

4、,ji=255;while(i)j=255;while(j)j-;i-;DJNZ指令嵌套實現(xiàn)循環(huán)的，由C51編譯器用下面的指令組合來完成的R6,00FFHR6,LOOP1這三種方法都是用MOVR7,00FFHLOOP2MOVLOOP1DJNZDJNZR7,LOOP2這些指令的組合在匯編語言中采用DJNZ指令來做延時用，因此它的時間精確計算也是很簡單,假上面變量i的初值為m變量j的初值為n,則總延時時間為：mx(nXT+T),其中T為DJNZ指令執(zhí)行時間。同樣對于更長時間的延時，可以采用多重循環(huán)來完成。只要在程序設(shè)計循環(huán)語句時注意以上幾個問題。下面給出有關(guān)在C51中延時子程序設(shè)計時要注意的問題1

5、、在C51中進(jìn)行精確的延時子程序設(shè)計時，盡量不要或少在延時子程序中定義局部變量，所有的延時子程序中變量通過有參函數(shù)傳遞。2、在延時子程序設(shè)計時，采用do,while,結(jié)構(gòu)做循環(huán)體要比for結(jié)構(gòu)做循環(huán)體好。3、在延時子程序設(shè)計時，要進(jìn)行循環(huán)體嵌套時，采用先內(nèi)循環(huán)，再減減比先減減，再內(nèi)循環(huán)要好。unsignedchardelay(unsignedchari,unsignedcharj,unsignedchark)unsignedcharb,c;b=j;c=k;dododok-;while(k);k=c;j-；while(j);j=b;i-;while(i);這精確延時子程序就被C51編譯為有下面的

6、指令組合完成delay延時子程序如下：MOVR6,05HMOVR4,03HC0012:DJNZR3,C0012MOVR3，04HDJNZR5,C0012MOVR5，06HDJNZR7,C0012RET假設(shè)參數(shù)變量i的初值為m,參數(shù)變量j的初值為n,參數(shù)變量k的初值為l,則總延時時間為：lx(nx(mxT+2T)+2T)+3T,其中T為DJNZ和MOV旨令執(zhí)行的時間。當(dāng)m=n=l時，精確延時為9T,最短；當(dāng)m=n=l=256時，精確延時到16908803T,最長。采用軟件定時的計算方法作者：不詳文章來源：中國電子技術(shù)信息網(wǎng)點擊數(shù)：更新時間：2003-3-7利用指令執(zhí)行周期設(shè)定，以下為一段延時程序

7、:指令周期MOV1DJNZ2NOP1采用循環(huán)方式定時，有程序：MOVR5,#TIME2;周期1LOOP1:MOVR6,#TIME1;1LOOP2:NOP;1NOP;1DJNZR6,LOOP2;2DJNZR5,LOOP1;2定時數(shù)=(TIME1*4+2+1)*TIM2*2+4有個好帖，從精度考慮，它得研究結(jié)果是:voiddelay2(unsignedchari)(while(-i);)為最佳方法。分析：假設(shè)外掛12M(之后都是在這基礎(chǔ)上討論)我編譯了下，傳了些參數(shù)，并看了匯編代碼，觀察記錄了下面的數(shù)據(jù):delay2(0):延日518us518-2*256=6delay2(1):延日77us(原帖

8、寫5us是錯的，A_A)delay2(10):延時25us25-20=5delay2(20):延時45us45-40=5delay2(100):延時205us205-200=5delay2(200):延時405us405-400=5見上可得可調(diào)度為2us,而最大誤差為6us。精度是很高了！但這個程序的最大延時是為518us顯然不能滿足實際需要，因為很多時候需要延遲比較長的時間。那么，接下來討論將t分配為兩個字節(jié)，即uint型的時候，會出現(xiàn)什么情況。voiddelay8(uintt)(while(-t);)我編譯了下，傳了些參數(shù)，并看了匯編代碼，觀察記錄了下面的數(shù)據(jù)：delay8(0):延日52

9、4551us524551-8*65536=263delay8(1):延日115usdelay8(10):延時85us85-80=5delay8(100):延時806us806-800=6delay8(1000):延日8009us8009-8000=9delay8(10000):延時80045us80045-8000=45delay8(65535):延時524542us524542-524280=262如果把這個程序的可調(diào)度看為8us,那么最大誤差為263us，但這個延時程序還是不能滿足要求的，因為延時最大為524.551ms。那么用ulongt呢？一定很恐怖，不用看編譯后的匯編代碼了。那么如何

10、得到比較小的可調(diào)度，可調(diào)范圍大，并占用比較少得RAM?請看下面的程序:/*程序名稱：50us延時注意事項：基于1MIPS,AT89系列對應(yīng)12M晶振，W77W78系歹嘔應(yīng)3M晶振例子提示：調(diào)用delay_50us(20),得到1ms延時全局變量：無返回：無*/voiddelay_50us(uintt)ucharj;for(;t>0;t-)for(j=19;j>0;j-);我編譯了下，傳了些參數(shù)，并看了匯編代碼，觀察記錄了下面的數(shù)據(jù)：delay_50us(1):延時63us63-50=13delay_50us(10):延日513us503-500=13delay_50us(100):

11、延時5013us5013-5000=13delay_50us(1000):延時50022us50022-50000=22赫赫，延時50ms,誤差僅僅22us,作為C語言已經(jīng)是可以接受了。再說要求再精確的話，就算是用匯編也得改用定時器了。/*程序名稱：50ms延時注意事項：基于1MIPS,AT89系列對應(yīng)12M晶振，W77W78系歹嘔應(yīng)3M晶振例子提示：調(diào)用delay_50ms(20),得到1s延時全局變量：無返回：無*/voiddelay_50ms(uintt)uintj;delay_50ms(1000)造成的誤差,/*可以在此加少許延時補(bǔ)償，以禰補(bǔ)大數(shù)值傳遞時(如但付出的代價是造成傳遞小數(shù)值

12、(delay_50ms(1)造成更大的誤差。因為實際應(yīng)用更多時候是傳遞小數(shù)值，所以補(bǔ)建議加補(bǔ)償！*/for(;t>0;t-)for(j=6245;j>0;j-)J我編譯了下，傳了些參數(shù)，并看了匯編代碼，觀察記錄了下面的數(shù)據(jù):delay_50ms：延時5001010usdelay_50ms(10):延日49998317usdelay_50ms(100):延時4999713287usdelay_50ms(1000):延時49970222.978ms赫赫，延時50s,誤差僅僅2.978ms,可以接受！上面程序沒有才用long，也沒采用3層以上的循環(huán)，而是將延時分拆為兩個程序以提高精度。應(yīng)

13、該是比較好的做法了KeilC51程序設(shè)計中幾種精確延時方法(轉(zhuǎn)載)文章發(fā)表于：2009-03-0615:59摘要實際的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程中，由于程序功能的需要，經(jīng)常編寫各種延時程序，延時時間從數(shù)微秒到數(shù)秒不等，對于許多C51開發(fā)者特別是初學(xué)者編制非常精確的延時程序有一定難度。本文從實際應(yīng)用出發(fā)，討論幾種實用的編制精確延時程序和計算程序執(zhí)行時間的方法，并給出各種方法使用的詳細(xì)步驟，以便讀者能夠很好地掌握理解。關(guān)鍵詞KeilC51精確延時程序執(zhí)行時間引言單片機(jī)因具有體積小、功能強(qiáng)、成本低以及便于實現(xiàn)分布式控制而有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域1。單片機(jī)開發(fā)者在編制各種應(yīng)用程序時經(jīng)常會遇到實現(xiàn)精確延時的問題

14、，比如按鍵去抖、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞫家诔绦蛑胁迦胍欢位驇锥窝訒r，時間從幾十微秒到幾秒。有時還要求有很高的精度，如使用單總線芯片DS18B20時，允許誤差范圍在十幾微秒以內(nèi)2,否則，芯片無法工作。用51匯編語言寫程序時，這種問題很容易得到解決，而目前開發(fā)嵌入式系統(tǒng)軟件的主流工具為C語言，用C51寫延時程序時需要一些技巧3。因此，在多年單片機(jī)開發(fā)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，介紹幾種實用的編制精確延時程序和計算程序執(zhí)行時間的方法。實現(xiàn)延時通常有兩種方法：一種是硬件延時，要用到定時器/計數(shù)器，這種方法可以提高CPU的工作效率，也能做到精確延時；另一種是軟件延時，這種方法主要采用循環(huán)體進(jìn)行。1使用定時器/計數(shù)器實現(xiàn)精確

15、延時單片機(jī)系統(tǒng)一般常選用11.0592MHz12MHz或6MHz晶振。第一種更容易產(chǎn)生各種標(biāo)準(zhǔn)的波特率，后兩種的一個機(jī)器周期分別為1s和2s,便于精確延時。本程序中假設(shè)使用頻率為12MHz的晶振。最長的延時時間可達(dá)216=65536科s。若定時器工作在方式2,則可實現(xiàn)極短時間的精確延時；如使用其他定時方式，則要考慮重裝定時初值的時間(重裝定時器初值占用2個機(jī)器周期)。在實際應(yīng)用中，定時常采用中斷方式，如進(jìn)行適當(dāng)?shù)难h(huán)可實現(xiàn)幾秒甚至更長時間的延時。使用定時器/計數(shù)器延時從程序的執(zhí)行效率和穩(wěn)定性兩方面考慮都是最佳的方案。但應(yīng)該注意，C51編寫的中斷服務(wù)程序編譯后會自動力口上PUSHACCPUSHP

16、SWPOPPS怖口POPACC句，執(zhí)行時占用了4個機(jī)器周期；如程序中還有計數(shù)值加1語句，則又會占用1個機(jī)器周期。這些語句所消耗的時間在計算定時初值時要考慮進(jìn)去，從初值中減去以達(dá)到最小誤差的目的。2軟件延時與時間計算在很多情況下，定時器/計數(shù)器經(jīng)常被用作其他用途，這時候就只能用軟件方法延時。下面介紹幾種軟件延時的方法。2.1 短暫延時可以在C文件中通過使用帶_NOP_()語句的函數(shù)實現(xiàn)，定義一系列不同的延時函數(shù)，如Delay10us()、Delay25us()、Delay40us()等存放在一個自定義的C文件中，需要時在主程序中直接調(diào)用。如延時10s的延時函數(shù)可編寫如下：voidDelay10u

17、s()_NOP_();_NOP_();_NOP_();_NOP_();_NOP_();_NOP_();Delay10us()函數(shù)中共用了6個_NOP_()語句，每個語句執(zhí)行時間為1科s。主函數(shù)調(diào)用Delay10us()時，先執(zhí)行一個LCALL指令(2s),然后執(zhí)行6個_NOP_()語句(6Ws),最后執(zhí)行了一個RET指令(2s),所以執(zhí)行上述函數(shù)時共需要10So可以把這一函數(shù)當(dāng)作基本延時函數(shù)，在其他函數(shù)中調(diào)用，即嵌套調(diào)用4,以實現(xiàn)較長時間的延時；但需要注意，如在Delay40us()中直接調(diào)用4次Delay10us()函數(shù)，得到的延時時間將是42ss,而不是40So這是因為執(zhí)行Delay40u

18、s()時，先執(zhí)行了一次LCALL指令(2Ws),然后開始執(zhí)行第一個Delay10us(),執(zhí)行完最后一個Delay10us()時，直接返回到主程序。依此類推，如果是兩層嵌套調(diào)用，如在Delay80us()中兩次調(diào)用Delay40us(),則也要先執(zhí)行一次LCALL指令(2s),然后執(zhí)行兩次Delay40us()函數(shù)(84s),所以，實際延時時間為86ss。簡言之，只有最內(nèi)層的函數(shù)執(zhí)行RET指令。該指令直接返回到上級函數(shù)或主函數(shù)。如在Delay80s()中直接調(diào)用8次Delay10us()，此時的延時時間為82科s。通過修改基本延時函數(shù)和適當(dāng)?shù)慕M合調(diào)用，上述方法可以實現(xiàn)不同時間的延時。2.2 在

19、C51中嵌套匯編程序段實現(xiàn)延時在C51中通過預(yù)處理指令#pragmaasmn#pragmaendasm可以嵌套匯編語言語句。用戶編寫的匯編語言緊跟在#pragmaasm之后，在#pragmaendasm之前結(jié)束。如：#pragmaasm,匯編語言程序段#pragmaendasm延時函數(shù)可設(shè)置入口參數(shù)，可將參數(shù)定義為unsignedchar、int或long型。根據(jù)參數(shù)與返回值的傳遞規(guī)則，這時參數(shù)和函數(shù)返回值位于R7、R7R6R7R6R升。在應(yīng)用時應(yīng)注意以下幾點： #pragmaasm、#pragmaendasm不允許嵌套使用； 在程序的開頭應(yīng)加上預(yù)處理指令#pragmaasm,在該指令之前只能

20、有注釋或其他預(yù)處理指令； 當(dāng)使用asm語句時，編譯系統(tǒng)并不輸出目標(biāo)模塊，而只輸出匯編源文件； asm只能用小寫字母，如果把a(bǔ)sm寫成大寫，編譯系統(tǒng)就把它作為普通變量； #pragmaasm、#pragmaendasm和asm只能在函數(shù)內(nèi)使用。將匯編語言與C51結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，無疑是單片機(jī)開發(fā)人員的最佳選擇。2.3 使用示波器確定延時時間熟悉硬件的開發(fā)人員，也可以利用示波器來測定延時程序執(zhí)行時間。方法如下：編寫一個實現(xiàn)延時的函數(shù)，在該函數(shù)的開始置某個I/O口線如P1.0為高電通過示波器測量P1.0平，在函數(shù)的最后清P1.0為低電平。在主程序中循環(huán)調(diào)用該延時函引腳上的高電平時間即可確

21、定延時函數(shù)的執(zhí)行時間。方法如下:sbitT_point=P1A0;voidDlylms(void)unsignedinti,j;while(1)T_point=1;for(i=0;i<2;i+)for(j=0;j<124;j+);)T_point=0;for(i=0;i<1;i+)for(j=0;j<124;j+);voidmain(void)Dly1ms();把P1.0接入示波器，運(yùn)行上面的程序，可以看到P1.0輸出的波形為周期是3ms的方波。其中，高電平為2ms,低電平為1ms,即for循環(huán)結(jié)構(gòu)“for(j=0;j<124;j+);”的執(zhí)行時間為1ms。通過改

22、變循環(huán)次數(shù)，可得到不同時間的延時。當(dāng)然，也可以不用for循環(huán)而用別的語句實現(xiàn)延時。這里討論的只是確定延時的方法。2.4使用反匯編工具計算延時時間對于不熟悉示波器白開發(fā)人員可用KeilC51中的反匯編工具計算延時時間，在反匯編窗口中可用源程序和匯編程序的混合代碼或匯編代碼顯示目標(biāo)應(yīng)用程序。為了說明這種方法，還使用“for(i=0;i<DlyT;i+);。在程序中加入這一循環(huán)結(jié)構(gòu)，首先選擇buildtaget,然后單擊start/stopdebugsession按鈕進(jìn)入程序調(diào)試窗口，最后打開Disassemblywindow,找出與這部分循環(huán)結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的匯編代碼，具體如下：C:0x000FE

23、4CLRA/1TC:0x0010FEMOVR6,A/1TC:0x0011EEMOVA,R6/1TC:0x0012C3CLRC/1TC:0x00139FSUBBA,DlyT/1TC:0x00145003JNCC:0019/2TC:0x00160EINCR6/1TC:0x001780F8SJMPC:0011/2T可以看出，0x000F0x0017一共8條語句，分析語句可以發(fā)現(xiàn)并不是每條語句都執(zhí)行DlyT次。核心循環(huán)只有0x00110x0017共6條語句，總共8個機(jī)器周期，第1次循環(huán)先執(zhí)行CLRA和MOW6,A”兩條語句，需要2個機(jī)器周期，每循環(huán)1次需要8個機(jī)器周期，但最后1次循環(huán)需要5個機(jī)器周期。

24、DlyT次核心循環(huán)語句消耗(2+DlyTX8+5)個機(jī)器周期，當(dāng)系統(tǒng)采用12MHz時，精度為7科s。當(dāng)采用while(DlyT-)循環(huán)體時，DlyT的值存放在R7中。相對應(yīng)的匯編代碼如下：C:0x000FAE07MOVR6,R7/1TC:0x00111FDECR7/1TC:0x0012EEMOVA,R6/1TC:0x001370FAJNZC:000F/2T循環(huán)語句執(zhí)行的時間為(DlyT+1)X5個機(jī)器周期，即這種循環(huán)結(jié)構(gòu)的延時精度為5so通過實驗發(fā)現(xiàn)，如將while(DlyT-)改為while(-DlyT)，經(jīng)過反匯編后得到如下代碼：C:0x0014DFFEDJNZR7,C:0014/2T可以

25、看出，這時代碼只有1句，共占用2個機(jī)器周期，精度達(dá)到2s,循環(huán)體耗時DlyTX2個機(jī)器周期；但這時應(yīng)該注意，DlyT初始值不能為0。這3種循環(huán)結(jié)構(gòu)的延時與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系如表1所列。表1循環(huán)次數(shù)與延時時間關(guān)系單位：s注意：計算時間時還應(yīng)加上函數(shù)調(diào)用和函數(shù)返回各2個機(jī)器周期時間。2.5使用性能分析器計算延時時間很多C程序員可能對匯編語言不太熟悉，特別是每個指令執(zhí)行的時間是很難記憶的，因此，再給出一種使用KeilC51的性能分析器計算延時時間的方法。這里還以前面介紹的for(i=0;i<124;i+)結(jié)構(gòu)為例。使用這種方法時，必須先設(shè)置系統(tǒng)所用的晶振頻率，選擇Optionsfortarget中的target選項，在Xtal(MHz)中填入所用晶振的頻率。將程序編譯后，分別在_point=1和T_point=0處設(shè)置兩個運(yùn)行斷點。選擇start/stopdebugsession按鈕進(jìn)入程序調(diào)試窗口，分別打開PeRFor