單片機(jī)延時(shí)程序經(jīng)驗(yàn)

時(shí)間：2013-03-14 15:55:38

關(guān)鍵字：單片機(jī) 延時(shí)程序指令 WHILE

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[導(dǎo)讀]標(biāo)準(zhǔn)的C語言中沒有空語句。但在單片機(jī)的C語言編程中，經(jīng)常需要用幾個(gè)空指令產(chǎn)生短延時(shí)的效果。這在匯編語言中很容易實(shí)現(xiàn)，寫幾個(gè)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(biāo)準(zhǔn)的C語言中沒有空語句。但在單片機(jī)的C語言編程中，經(jīng)常需要用幾個(gè)空指令產(chǎn)生短延時(shí)的效果。這在匯編語言中很容易實(shí)現(xiàn)，寫幾個(gè)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(duì)于延時(shí)很短的，要求在us級(jí)的，采用“_nop_”函數(shù)，這個(gè)函數(shù)相當(dāng)匯編NOP指令，延時(shí)幾微秒。NOP指令為單周期指令，可由晶振頻率算出延時(shí)時(shí)間，對(duì)于12M晶振，延時(shí)1uS。對(duì)于延時(shí)比較長的，要求在大于10us，采用C51中的循環(huán)語句來實(shí)現(xiàn)。

在選擇C51中循環(huán)語句時(shí)，要注意以下幾個(gè)問題

第一、定義的C51中循環(huán)變量，盡量采用無符號(hào)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?yàn)樵贑51編譯器中，對(duì)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(gè)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：

MOV　09H，#0FFH

LOOP： DJNZ　09H，LOOP

指令相當(dāng)簡潔，也很好計(jì)算精確的延時(shí)時(shí)間。

同樣對(duì)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(gè)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(shí)間的計(jì)算也很方便。

其三：對(duì)于要求精確延時(shí)時(shí)間更長，這時(shí)就要采用循環(huán)嵌套的方法來實(shí)現(xiàn)，因此，循環(huán)嵌套的方法常用于達(dá)到ms級(jí)的延時(shí)。對(duì)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(gè)循環(huán)體內(nèi)的變量仍然采用無符號(hào)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(shí)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(shí)用，因此它的時(shí)間精確計(jì)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(shí)時(shí)間為：m×(n×T+T)，其中T為DJNZ指令執(zhí)行時(shí)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(shí)間。同樣對(duì)于更長時(shí)間的延時(shí)，可以采用多重循環(huán)來完成。

只要在程序設(shè)計(jì)循環(huán)語句時(shí)注意以上幾個(gè)問題。

下面給出有關(guān)在C51中延時(shí)子程序設(shè)計(jì)時(shí)要注意的問題

1、在C51中進(jìn)行精確的延時(shí)子程序設(shè)計(jì)時(shí)，盡量不要或少在延時(shí)子程序中定義局部變量，所有的延時(shí)子程序中變量通過有參函數(shù)傳遞。

2、在延時(shí)子程序設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)子程序設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行循環(huán)體嵌套時(shí)，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(shí)子程序就被C51編譯為有下面的指令組合完成

delay延時(shí)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(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(shí)時(shí)間為：l×(n×(m×T+2T)+2T)+3T，其中T為DJNZ和MOV指令執(zhí)行的時(shí)間。當(dāng)m=n=l時(shí)，精確延時(shí)為9T，最短;當(dāng)m=n=l=256時(shí)，精確延時(shí)到16908803T，最長。

實(shí)現(xiàn)延時(shí)通常有兩種方法：一種是硬件延時(shí)，要用到定時(shí)器/計(jì)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(shí);另一種是軟件延時(shí)，這種方法主要采用循環(huán)體進(jìn)行。

1 使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)

單片機(jī)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(biāo)準(zhǔn)的波特率，后兩種的一個(gè)機(jī)器周期分別為1 μs和2 μs，便于精確延時(shí)。本程序中假設(shè)使用頻率為12 MHz的晶振。最長的延時(shí)時(shí)間可達(dá)216=65 536 μs。若定時(shí)器工作在方式2，則可實(shí)現(xiàn)極短時(shí)間的精確延時(shí);如使用其他定時(shí)方式，則要考慮重裝定時(shí)初值的時(shí)間(重裝定時(shí)器初值占用2個(gè)機(jī)器周期)。

在實(shí)際應(yīng)用中，定時(shí)常采用中斷方式，如進(jìn)行適當(dāng)?shù)难h(huán)可實(shí)現(xiàn)幾秒甚至更長時(shí)間的延時(shí)。使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器延時(shí)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(huì)自動(dòng)加上PUSH ACC、PUSH PSW、POP PSW和POP ACC語句，執(zhí)行時(shí)占用了4個(gè)機(jī)器周期;如程序中還有計(jì)數(shù)值加1語句，則又會(huì)占用1個(gè)機(jī)器周期。這些語句所消耗的時(shí)間在計(jì)算定時(shí)初值時(shí)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(shí)與時(shí)間計(jì)算

在很多情況下，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器經(jīng)常被用作其他用途，這時(shí)候就只能用軟件方法延時(shí)。下面介紹幾種軟件延時(shí)的方法。

2.1 短暫延時(shí)[!--empirenews.page--]

可以在C文件中通過使用帶_NOP_( )語句的函數(shù)實(shí)現(xiàn)，定義一系列不同的延時(shí)函數(shù)，如Delay10us( )、Delay25us( )、Delay40us( )等存放在一個(gè)自定義的C文件中，需要時(shí)在主程序中直接調(diào)用。如延時(shí)10 μs的延時(shí)函數(shù)可編寫如下：

void Delay10us( ) {

_NOP_( );

}

Delay10us( )函數(shù)中共用了6個(gè)_NOP_( )語句，每個(gè)語句執(zhí)行時(shí)間為1 μs。主函數(shù)調(diào)用Delay10us( )時(shí)，先執(zhí)行一個(gè)LCALL指令(2 μs)，然后執(zhí)行6個(gè)_NOP_( )語句(6 μs)，最后執(zhí)行了一個(gè)RET指令(2 μs)，所以執(zhí)行上述函數(shù)時(shí)共需要10 μs?！　】梢园堰@一函數(shù)當(dāng)作基本延時(shí)函數(shù)，在其他函數(shù)中調(diào)用，即嵌套調(diào)用[4]，以實(shí)現(xiàn)較長時(shí)間的延時(shí);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(shí)時(shí)間將是42 μs，而不是40 μs。這是因?yàn)閳?zhí)行Delay40us( )時(shí)，先執(zhí)行了一次LCALL指令(2 μs)，然后開始執(zhí)行第一個(gè)Delay10us( )，執(zhí)行完最后一個(gè)Delay10us( )時(shí)，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(shí)際延時(shí)時(shí)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(jí)函數(shù)或主函數(shù)。如在Delay80μs( )中直接調(diào)用8次Delay10us( )，此時(shí)的延時(shí)時(shí)間為82 μs。通過修改基本延時(shí)函數(shù)和適當(dāng)?shù)慕M合調(diào)用，上述方法可以實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間的延時(shí)。

2.2 在C51中嵌套匯編程序段實(shí)現(xiàn)延時(shí)

在C51中通過預(yù)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(shí)函數(shù)可設(shè)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(shí)參數(shù)和函數(shù)返回值位于R7、R7R6、R7R6R5中。在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

◆ #pragma asm、#pragma endasm不允許嵌套使用;

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

◆ 當(dāng)使用asm語句時(shí)，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;

◆ #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(jī)開發(fā)人員的最佳選擇。

2.3 使用示波器確定延時(shí)時(shí)間

利用示波器來測定延時(shí)程序執(zhí)行時(shí)間。方法如下：編寫一個(gè)實(shí)現(xiàn)延時(shí)的函數(shù)，在該函數(shù)的開始置某個(gè)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(shí)函數(shù)，通過示波器測量P1.0引腳上的高電平時(shí)間即可確定延時(shí)函數(shù)的執(zhí)行時(shí)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(yùn)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(shí)間為1 ms。通過改變循環(huán)次數(shù)，可得到不同時(shí)間的延時(shí)。當(dāng)然，也可以不用for循環(huán)而用別的語句實(shí)現(xiàn)延時(shí)。這里討論的只是確定延時(shí)的方法。

2.4 使用反匯編工具計(jì)算延時(shí)時(shí)間

用Keil C51中的反匯編工具計(jì)算延時(shí)時(shí)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

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(gè)機(jī)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(gè)機(jī)器周期，每循環(huán)1次需要8個(gè)機(jī)器周期，但最后1次循環(huán)需要5個(gè)機(jī)器周期。DlyT次核心循環(huán)語句消耗(2+DlyT×8+5)個(gè)機(jī)器周期，當(dāng)系統(tǒng)采用12 MHz時(shí)，精度為7 μs。

當(dāng)采用while (DlyT--)循環(huán)體時(shí)，DlyT的值存放在R7中。相對(duì)應(yīng)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(shí)間為(DlyT+1)×5個(gè)機(jī)器周期，即這種循環(huán)結(jié)構(gòu)的延時(shí)精度為5 μs。

通過實(shí)驗(yàn)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(shí)代碼只有1句，共占用2個(gè)機(jī)器周期，精度達(dá)到2 μs，循環(huán)體耗時(shí)DlyT×2個(gè)機(jī)器周期;但這時(shí)應(yīng)該注意，DlyT初始值不能為0。

注意：計(jì)算時(shí)間時(shí)還應(yīng)加上函數(shù)調(diào)用和函數(shù)返回各2個(gè)機(jī)器周期時(shí)間。

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