單片機延時程序經(jīng)驗

時間：2013-03-14 15:55:38

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[導讀]標準的C語言中沒有空語句。但在單片機的C語言編程中，經(jīng)常需要用幾個空指令產(chǎn)生短延時的效果。這在匯編語言中很容易實現(xiàn)，寫幾個nop就行了。在keil C51中，直接調(diào)用庫函數(shù)：#include // 聲明了void _nop_(void);_nop

標準的C語言中沒有空語句。但在單片機的C語言編程中，經(jīng)常需要用幾個空指令產(chǎn)生短延時的效果。這在匯編語言中很容易實現(xiàn)，寫幾個nop就行了。

在keil C51中，直接調(diào)用庫函數(shù)：

#include // 聲明了void _nop_(void);

_nop_(); // 產(chǎn)生一條NOP指令

作用：對于延時很短的，要求在us級的，采用“_nop_”函數(shù)，這個函數(shù)相當匯編NOP指令，延時幾微秒。NOP指令為單周期指令，可由晶振頻率算出延時時間，對于12M晶振，延時1uS。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FOR循環(huán)語句中，盡量采用變量減減來做循環(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：

unsigned char i;

for(i=0;i<255;i++);

unsigned char i;

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，相當于如下指令：

MOV　09H，#0FFH

LOOP： DJNZ　09H，LOOP

指令相當簡潔，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：

unsigned char n;

n=255;

do{n--}

while(n);

或

n=255;

while(n)

{n--};

這兩個循環(huán)語句經(jīng)過C51編譯之后，形成DJNZ來完成的方法，

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。

unsigned char i,j

for(i=255;i>0;i--)

for(j=255;j>0;j--);

或

unsigned char i,j

i=255;

do{j=255;

do{j--}

while(j);

i--;

}

while(i);

或

unsigned char i,j

i=255;

while(i)

{j=255;

while(j)

{j--};

i--;

}

這三種方法都是用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

MOV　R7，#0FFH

LOOP2： MOV　R6，#0FFH

LOOP1： DJNZ　R6，LOOP1

DJNZ　R7，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：m×(n×T+T)，其中T為DJNZ指令執(zhí)行時間(DJNZ指令為雙周期指令)。這里的+T為MOV這條指令所使用的時間。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中延時子程序設計時要注意的問題

1、在C51中進行精確的延時子程序設計時，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、在延時子程序設計時，要進行循環(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。

unsigned char delay(unsigned char i,unsigned char j,unsigned char k)

{unsigned char b,c;

b="j";

c="k";

do{

do{k--};

while(k);

k="c";

j--;};

while(j);

j=b;

i--;};

while(i);

}

這精確延時子程序就被C51編譯為有下面的指令組合完成

delay延時子程序如下：

MOV R6，05H

MOV R4，03H

C0012： DJNZ R3， C0012

MOV R3，04H

DJNZ R5， C0012

MOV R5，06H

DJNZ R7， C0012

RET

假設參數(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：l×(n×(m×T+2T)+2T)+3T，其中T為DJNZ和MOV指令執(zhí)行的時間。當m=n=l時，精確延時為9T，最短;當m=n=l=256時，精確延時到16908803T，最長。

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)體進行。

1 使用定時器/計數(shù)器實現(xiàn)精確延時

單片機系統(tǒng)一般常選用11.059 2 MHz、12 MHz或6 MHz晶振。第一種更容易產(chǎn)生各種標準的波特率，后兩種的一個機器周期分別為1 μs和2 μs，便于精確延時。本程序中假設使用頻率為12 MHz的晶振。最長的延時時間可達216=65 536 μs。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個機器周期)。

在實際應用中，定時常采用中斷方式，如進行適當?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。但應該注意，C51編寫的中斷服務程序編譯后會自動加上PUSH ACC、PUSH PSW、POP PSW和POP ACC語句，執(zhí)行時占用了4個機器周期;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去，從初值中減去以達到最小誤差的目的。

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[!--empirenews.page--]

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10 μs的延時函數(shù)可編寫如下：

void Delay10us( ) {

_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 μs。主函數(shù)調(diào)用Delay10us( )時，先執(zhí)行一個LCALL指令(2 μs)，然后執(zhí)行6個_NOP_( )語句(6 μs)，最后執(zhí)行了一個RET指令(2 μs)，所以執(zhí)行上述函數(shù)時共需要10 μs。　　可以把這一函數(shù)當作基本延時函數(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42 μs，而不是40 μs。這是因為執(zhí)行Delay40us( )時，先執(zhí)行了一次LCALL指令(2 μs)，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(2 μs)，然后執(zhí)行兩次Delay40us( )函數(shù)(84 μs)，所以，實際延時時間為86 μs。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Delay80μs( )中直接調(diào)用8次Delay10us( )，此時的延時時間為82 μs。通過修改基本延時函數(shù)和適當?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C51中嵌套匯編程序段實現(xiàn)延時

在C51中通過預處理指令#pragma asm和#pragma endasm可以嵌套匯編語言語句。用戶編寫的匯編語言緊跟在#pragma asm之后，在#pragma endasm之前結(jié)束。

如：#pragma asm

…

匯編語言程序段

…

#pragma endasm

延時函數(shù)可設置入口參數(shù)，可將參數(shù)定義為unsigned char、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、R7R6、R7R6R5中。在應用時應注意以下幾點：

◆ #pragma asm、#pragma endasm不允許嵌套使用;

◆ 在程序的開頭應加上預處理指令#pragma asm，在該指令之前只能有注釋或其他預處理指令;

◆ 當使用asm語句時，編譯系統(tǒng)并不輸出目標模塊，而只輸出匯編源文件;

◆ asm只能用小寫字母，如果把asm寫成大寫，編譯系統(tǒng)就把它作為普通變量;

◆ #pragma asm、#pragma endasm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，無疑是單片機開發(fā)人員的最佳選擇。

2.3 使用示波器確定延時時間

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)用該延時函數(shù)，通過示波器測量P1.0引腳上的高電平時間即可確定延時函數(shù)的執(zhí)行時間。方法如下：

sbit T_point = P1^0;

void Dly1ms(void) {

unsigned int i,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++){;}

}

void main (void) {

Dly1ms();

}

把P1.0接入示波器，運行上面的程序，可以看到P1.0輸出的波形為周期是3 ms的方波。其中，高電平為2 ms，低電平為1 ms，即for循環(huán)結(jié)構(gòu)“for(j=0;j<124;j++) {;}”的執(zhí)行時間為1 ms。通過改變循環(huán)次數(shù)，可得到不同時間的延時。當然，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

用Keil C51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應用程序。為了說明這種方法，還使用“for (i=0;i

C:0x000FE4CLRA//1T

C:0x0010FEMOVR6,A//1T

C:0x0011EEMOVA,R6//1T

C:0x0012C3CLRC//1T

C:0x00139FSUBBA,DlyT //1T

C:0x00145003JNCC:0019//2T

C:0x00160E INCR6//1T

C:0x001780F8SJMPC:0011//2T

可以看出，0x000F～0x0017一共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0x0011~0x0017共6條語句，總共8個機器周期，第1次循環(huán)先執(zhí)行“CLR A”和“MOV R6，A”兩條語句，需要2個機器周期，每循環(huán)1次需要8個機器周期，但最后1次循環(huán)需要5個機器周期。DlyT次核心循環(huán)語句消耗(2+DlyT×8+5)個機器周期，當系統(tǒng)采用12 MHz時，精度為7 μs。

當采用while (DlyT--)循環(huán)體時，DlyT的值存放在R7中。相對應的匯編代碼如下：

C:0x000FAE07MOVR6, R7//1T

C:0x00111F DECR7//1T

C:0x0012EE MOVA,R6//1T

C:0x001370FAJNZC:000F//2T

循環(huán)語句執(zhí)行的時間為(DlyT+1)×5個機器周期，即這種循環(huán)結(jié)構(gòu)的延時精度為5 μs。

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:0x0014DFFE DJNZR7,C:0014//2T

可以看出，這時代碼只有1句，共占用2個機器周期，精度達到2 μs，循環(huán)體耗時DlyT×2個機器周期;但這時應該注意，DlyT初始值不能為0。

注意：計算時間時還應加上函數(shù)調(diào)用和函數(shù)返回各2個機器周期時間。

擴展閱讀：單片機延時程序分析