在進(jìn)行C51程序設(shè)計(jì)時(shí)如何精確延時(shí)的常見(jiàn)方法介紹

單片機(jī)因具有體積小、功能強(qiáng)、成本低以及便于實(shí)現(xiàn)分布式控制而有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。單片機(jī)開(kāi)發(fā)者在編制各種應(yīng)用程序時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)的問(wèn)題，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(shí)，時(shí)間從幾十微秒到幾秒。有時(shí)還要求有很高的精度，如使用單總線芯片DS18B20時(shí)，允許誤差范圍在十幾微秒以?xún)?nèi)，否則，芯片無(wú)法工作。為此我特意的將如何在C51程序中精確延時(shí)進(jìn)行了一個(gè)小結(jié)。

用51匯編語(yǔ)言寫(xiě)程序時(shí)，這種問(wèn)題很容易得到解決，而目前開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)軟件的主流工具為C語(yǔ)言，因此很有必要了解用C51寫(xiě)延時(shí)程序時(shí)需要的一些技巧。

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)；

? 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)。假設(shè)使用頻率為12 MHz的晶振。最長(zhǎng)的延時(shí)時(shí)間可達(dá)2^16=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(zhǎng)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?xún)煞矫婵紤]都是最佳的方案。但應(yīng)該注意，C51編寫(xiě)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(yǔ)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(yǔ)句，則又會(huì)占用1個(gè)機(jī)器周期。這些語(yǔ)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)

?可以在C文件中通過(guò)使用帶_NOP_( )語(yǔ)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(xiě)如下：

void Delay_10us()

{

?_NOP();

?_NOP();

?_NOP();

?_NOP();

?_NOP();

?_NOP();

}

?Delay_10us( )函數(shù)中共用了6個(gè)_NOP_( )語(yǔ)句，每個(gè)語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)間為1 μs。主函數(shù)調(diào)用Delay_10us( )時(shí)，先執(zhí)行一個(gè)LCALL指令（2 μs），然后執(zhí)行6個(gè)_NOP_( )語(yǔ)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。

　可以把這一函數(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)用延時(shí)函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)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(kāi)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(lèi)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(jiǎn)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(guò)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)。

對(duì)于_NOP（）函數(shù)，相信有不少人會(huì)感到疑惑，這里我就詳細(xì)的介紹一下_NOP（）；函數(shù)：

_NOP();函數(shù)是用來(lái)產(chǎn)生空指令來(lái)進(jìn)行延時(shí)的，在匯編語(yǔ)言中寫(xiě)幾個(gè)nop指令就可以達(dá)到延時(shí)的效果。

注意：

1、 調(diào)用庫(kù)函數(shù)是一定要包含頭文件#include<intrins.h>，在該庫(kù)中聲明了void _NOP(void);

2、 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。

關(guān)于C51的延時(shí)函數(shù)要注意：

求在大于10us，采用C51中的循環(huán)語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在選擇C51中循環(huán)語(yǔ)句時(shí)，要注意以下幾個(gè)問(wèn)題
第一、定義的C51中循環(huán)變量，盡量采用無(wú)符號(hào)字符型變量。
第二、在FOR循環(huán)語(yǔ)句中，盡量采用變量減減來(lái)做循環(huán)。
第三、在do…while，while語(yǔ)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(lái)完成的。

下面舉例說(shuō)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(yǔ)句C51編譯后，就用DJNZ指令來(lái)完成，相當(dāng)于如下指令：
MOV　09H，＃0FFH
LOOP： ? ? DJNZ　09H，LOOP
指令相當(dāng)簡(jiǎn)潔，也很好計(jì)算精確的延時(shí)時(shí)間。

既然能用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行延時(shí)，當(dāng)然也能用最基本的匯編語(yǔ)言進(jìn)行相關(guān)的延時(shí)，下面我們來(lái)簡(jiǎn)單的了解下（注：對(duì)于匯編語(yǔ)言我也只略懂一點(diǎn)，這是我在網(wǎng)上相關(guān)的資料學(xué)習(xí)到的）：

? 在C51中通過(guò)預(yù)處理指令#pragma asm和#pragma endasm可以嵌套匯編語(yǔ)言語(yǔ)句。用戶(hù)編寫(xiě)的匯編語(yǔ)言緊跟在#pragma asm之后，在#pragma endasm之前結(jié)束。

如： ?#pragma asm
　　　　…
　　　　匯編語(yǔ)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(kāi)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(yǔ)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(xiě)字母，如果把a(bǔ)sm寫(xiě)成大寫(xiě)，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。

2.3 使用示波器確定延時(shí)時(shí)間

?熟悉硬件的開(kāi)發(fā)人員，也可以利用示波器來(lái)測(cè)定延時(shí)程序執(zhí)行時(shí)間。方法如下：編寫(xiě)一個(gè)實(shí)現(xiàn)延時(shí)的函數(shù)，在該函數(shù)的開(kāi)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(guò)示波器測(cè)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。(有條件的哥們可以試試)

2.4 使用Keil_C中的性能分析器計(jì)算延時(shí)時(shí)間：

這里我就詳細(xì)介紹下，這是很實(shí)用的方法：

我們先在Keil_C中敲入如下代碼：

#include<reg52.h>

#define uint unsigned int

sbit led=P1^0;

main()

{

?uint i,j,x,y,k,n,m;

?while(1)

?{

? ?led=0;

? ?for(i=1000;i>0;i--)//延時(shí)1

? ? ?for(j=110;j>0;j--);

? ? ?led=1;

? ?for(x=0;x<500;x++)//延時(shí)2

? ? ?for(y=0;y<130;y++);

? ? ?led=0;

? ?for(n=500;n>0;n--)//延時(shí)3

? ? ?for(m=114;m>0;m--);

? ? ?led=1;

? ? ?k=90;//延時(shí)4

? ? ?while(k>0)k--;

? ? ?led=0;

? }

}

下面將介紹如何建立Keil工程，并分析延時(shí)時(shí)間的精確計(jì)算方法，利用keil可以比較方便、精確的計(jì)算程序延時(shí)時(shí)間。

1． 建立keil工程。

啟動(dòng)keil，選擇“Project”à“New uVision Project”à輸入工程名稱(chēng)，確定，彈出下面對(duì)話框，選擇Atmel：

接著選擇：AT89C52

選擇好芯片之后會(huì)彈出下面的對(duì)話框，選擇“否”:

點(diǎn)擊“File”à “New”，新建一個(gè)Text，用以輸入程序。程序輸入以后保存，保存名稱(chēng)需要和工程名稱(chēng)一致，如果使用C語(yǔ)言則以.c作為保存格式，使用匯編語(yǔ)言保存格式為.asm。保存之后如圖：

下一步就是把剛才保存的.c程序?qū)氲焦こ讨小＿x中上圖中左上角的“Source Group 1”，單擊右鍵，選擇“Add Files to Group 'Source Group 1'..”，在彈出的對(duì)話框選擇剛才保存的.c文件，Add，即完成導(dǎo)入。

下面這一步設(shè)置對(duì)于使用keil精確計(jì)算延時(shí)時(shí)間很關(guān)鍵。選中下圖左上角的Target 1：

單擊右鍵，選擇“Options for Target 'Target 1'..”，彈出下面對(duì)話框，把Xtal（Mhz）的24.0修改成當(dāng)前使用的晶振頻率，這里改為11.0592Mhz。

如果還要生成.hex文件用于下載到芯片上，可以選擇“Output”，鉤選“Creat HEX File”選項(xiàng)，如下：

這樣就建立好了一個(gè)keil工程。通過(guò)程序調(diào)試，“Save”，“Build”，生成.hex文件，下載到芯片就可以直接使用了。

1． 接著講第二個(gè)知識(shí)點(diǎn)，就是如何精確計(jì)算延時(shí)的時(shí)間。

我們選擇開(kāi)頭給出的程序?yàn)槔?，延時(shí)1的程序如下：

for(i=1000;i>0;i--)//延時(shí)1

for(j=110;j>0;j--);

要精確計(jì)算它的延時(shí)時(shí)間，可以通過(guò)設(shè)置斷點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。斷點(diǎn)設(shè)置如下圖：

在延時(shí)1的開(kāi)頭和下一句語(yǔ)句的開(kāi)頭分別設(shè)置斷點(diǎn)A1和A2，然后全速運(yùn)行，運(yùn)行到A1處，程序停止，記錄這時(shí)的運(yùn)行時(shí)間t1，繼續(xù)全速運(yùn)行，遇到斷點(diǎn)A2，程序停止，記錄此刻的時(shí)間t2。那么延時(shí)1的延時(shí)時(shí)間就是t=t2-t1。

下面是具體步驟：

（1） 設(shè)置斷點(diǎn)。如上圖所示，在程序開(kāi)頭的數(shù)字處雙擊左鍵，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)紅色的點(diǎn)，這就是斷點(diǎn)。如果要消去斷點(diǎn)，同樣可以雙擊斷點(diǎn)。

（2） 進(jìn)入調(diào)試模式。單擊窗口上的調(diào)試按鍵快捷圖標(biāo)：

即可進(jìn)入調(diào)試模式。初次進(jìn)入調(diào)試模式的界面如下：

首先介紹一下幾個(gè)重要按鈕。如下圖所示：

紅色數(shù)字1上面的圖標(biāo)：將程序復(fù)位到主函數(shù)的最開(kāi)開(kāi)始處，準(zhǔn)備重新運(yùn)行程序；

紅色數(shù)字2上面的圖標(biāo)：全速運(yùn)行，運(yùn)行程序時(shí)中間不停止，直到遇到斷點(diǎn)；

紅色數(shù)字3上面的圖標(biāo)：停止全速運(yùn)行。

紅色數(shù)字4上面的圖標(biāo)：進(jìn)入子函數(shù)內(nèi)部。

紅色下劃線上的sec就是程序從開(kāi)始運(yùn)行到當(dāng)前停止處所用的時(shí)間。

（3） 先復(fù)位。即點(diǎn)擊上圖中紅字1上面的圖標(biāo)。

（4） 全速運(yùn)行，記錄運(yùn)行時(shí)間。即點(diǎn)擊上圖紅字2上面的圖標(biāo)。遇到09處的第一個(gè)斷點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，停在第一個(gè)斷點(diǎn)處。此時(shí)右邊記錄的時(shí)間sec就是程序從開(kāi)始運(yùn)行到當(dāng)前斷點(diǎn)處所經(jīng)歷的時(shí)間為t1=423.18us。如下圖所示：

（5） 繼續(xù)全速運(yùn)行，第二次記錄運(yùn)行時(shí)間。遇到11處的第二個(gè)斷點(diǎn)，系統(tǒng)停止運(yùn)行，此時(shí)已運(yùn)行時(shí)間為t2=966140.41us。如下圖所示：

（6） 計(jì)算延時(shí)時(shí)間t。從上面得到的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出時(shí)間

t= t2-t1= 966140.41us- 423.18us= 965717.23us= 965.71723ms。

通過(guò)上面6個(gè)步驟，就可以精確，方便地計(jì)算出延時(shí)程序的時(shí)間，對(duì)于實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)，只需要調(diào)節(jié)參數(shù)，再稍加計(jì)算就OK。需要注意的是，在上圖的調(diào)試模式下修改程序參數(shù)，是無(wú)法生效的。復(fù)位之后全速運(yùn)行，顯示的十間仍然是修改之前的參數(shù)在起作用。所以如果修改程序參數(shù)，需要到編輯模式下，重新下載，然后再進(jìn)入調(diào)試模式，才可以計(jì)算精確時(shí)間。同時(shí)，在建立Keil工程的時(shí)候，一定要記得修改晶振的參數(shù)，這很關(guān)鍵，如果晶振不對(duì)，要實(shí)現(xiàn)相同的延時(shí)時(shí)間，程序參數(shù)的設(shè)置也就不一樣。

? ?可以使用同樣的方法計(jì)算延時(shí)2，延時(shí)3，延時(shí)4的精確延時(shí)時(shí)間。它們的延時(shí)時(shí)間分別是：498040.37us、500220.27us、783.42us。大家可以自己練習(xí)。

最后還要指出一點(diǎn)的是： ?

? ?上面使用的Keil版本是Keil uVision4，大家也可以使用Keil 3或者Keil 2來(lái)做，只是軟件的界面，圖標(biāo)等有差別，但都可以實(shí)現(xiàn)相同的功能。