Keil C51程序設計中幾種精確延時(shí)方法

實(shí)際的單片機應用系統開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于程序功能的需要，經(jīng)常編寫(xiě)各種延時(shí)程序，延時(shí)時(shí)間從數微秒到數秒不等，對于許多C51開(kāi)發(fā)者特別是初學(xué)者編制非常精確的延時(shí)程序有一定難度。本文從實(shí)際應用出發(fā)，討論幾種實(shí)用的編制精確延時(shí)程序和計算程序執行時(shí)間的方法，并給出各種方法使用的詳細步驟，以便讀者能夠很好地掌握理解。

關(guān)鍵詞 Keil C51 精確延時(shí) 程序執行時(shí)間

引言

　　單片機因具有體積小、功能強、成本低以及便于實(shí)現分布式控制而有非常廣泛的應用領(lǐng)域[1]。單片機開(kāi)發(fā)者在編制各種應用程序時(shí)經(jīng)常會(huì )遇到實(shí)現精確延時(shí)的問(wèn)題，比如按鍵去抖、數據傳輸等操作都要在程序中插入一段或幾段延時(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(xiàn)芯片DS18B20時(shí)，允許誤差范圍在十幾微秒以?xún)萚2]，否則，芯片無(wú)法工作。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)嵌入式系統軟件的主流工具為C語(yǔ)言，用C51寫(xiě)延時(shí)程序時(shí)需要一些技巧[3]。因此，在多年單片機開(kāi)發(fā)經(jīng)驗的基礎上，介紹幾種實(shí)用的編制精確延時(shí)程序和計算程序執行時(shí)間的方法。

　　實(shí)現延時(shí)通常有兩種方法：一種是硬件延時(shí)，要用到定時(shí)器/計數器，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/計數器實(shí)現精確延時(shí)

　　單片機系統一般常選用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(gè)機器周期分別為1 μs和2 μs，便于精確延時(shí)。本程序中假設使用頻率為12 MHz的晶振。最長(cháng)的延時(shí)時(shí)間可達216=65 536 μs。若定時(shí)器工作在方式2，則可實(shí)現極短時(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)機器周期）。

　　在實(shí)際應用中，定時(shí)常采用中斷方式，如進(jìn)行適當的循環(huán)可實(shí)現幾秒甚至更長(cháng)時(shí)間的延時(shí)。使用定時(shí)器/計數器延時(shí)從程序的執行效率和穩定性?xún)煞矫婵紤]都是最佳的方案。但應該注意，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，執行時(shí)占用了4個(gè)機器周期；如程序中還有計數值加1語(yǔ)句，則又會(huì )占用1個(gè)機器周期。這些語(yǔ)句所消耗的時(shí)間在計算定時(shí)初值時(shí)要考慮進(jìn)去，從初值中減去以達到最小誤差的目的。

2 軟件延時(shí)與時(shí)間計算

　　在很多情況下，定時(shí)器/計數器經(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)句的函數實(shí)現，定義一系列不同的延時(shí)函數，如Delay10us( )、Delay25us( )、Delay40us( )等存放在一個(gè)自定義的C文件中，需要時(shí)在主程序中直接調用。如延時(shí)10 μs的延時(shí)函數可編寫(xiě)如下：

　　void Delay10us( ) {
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　}

　　Delay10us( )函數中共用了6個(gè)_NOP_( )語(yǔ)句，每個(gè)語(yǔ)句執行時(shí)間為1 μs。主函數調用Delay10us( )時(shí)，先執行一個(gè)LCALL指令（2 μs），然后執行6個(gè)_NOP_( )語(yǔ)句（6 μs），最后執行了一個(gè)RET指令（2 μs），所以執行上述函數時(shí)共需要10 μs?！　】梢园堰@一函數當作基本延時(shí)函數，在其他函數中調用，即嵌套調用[4]，以實(shí)現較長(cháng)時(shí)間的延時(shí)；但需要注意，如在Delay40us( )中直接調用4次Delay10us( )函數，得到的延時(shí)時(shí)間將是42 μs，而不是40 μs。這是因為執行Delay40us( )時(shí)，先執行了一次LCALL指令（2 μs），然后開(kāi)始執行第一個(gè)Delay10us( )，執行完最后一個(gè)Delay10us( )時(shí)，直接返回到主程序。依此類(lèi)推，如果是兩層嵌套調用，如在Delay80us( )中兩次調用Delay40us( )，則也要先執行一次LCALL指令（2 μs），然后執行兩次Delay40us( )函數（84 μs），所以，實(shí)際延時(shí)時(shí)間為86 μs。簡(jiǎn)言之，只有最內層的函數執行RET指令。該指令直接返回到上級函數或主函數。如在Delay80μs( )中直接調用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)函數和適當的組合調用，上述方法可以實(shí)現不同時(shí)間的延時(shí)。

2.2 在C51中嵌套匯編程序段實(shí)現延時(shí)

　　在C51中通過(guò)預處理指令#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之前結束。

　　如：#pragma asm
　　　　…
　　　　匯編語(yǔ)言程序段
　　　　…
　　　　#pragma endasm

　　延時(shí)函數可設置入口參數，可將參數定義為unsigned char、int或long型。根據參數與返回值的傳遞規則，這時(shí)參數和函數返回值位于R7、R7R6、R7R6R5中。在應用時(shí)應注意以下幾點(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(yǔ)句時(shí)，編譯系統并不輸出目標模塊，而只輸出匯編源文件；
　　◆ asm只能用小寫(xiě)字母，如果把asm寫(xiě)成大寫(xiě)，編譯系統就把它作為普通變量；
　　◆ #pragma asm、#pragma endasm和 asm只能在函數內使用。

　　將匯編語(yǔ)言與C51結合起來(lái)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，無(wú)疑是單片機開(kāi)發(fā)人員的最佳選擇。

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)測定延時(shí)程序執行時(shí)間。方法如下：編寫(xiě)一個(gè)實(shí)現延時(shí)的函數，在該函數的開(kāi)始置某個(gè)I/O口線(xiàn)如P1.0為高電平，在函數的最后清P1.0為低電平。在主程序中循環(huán)調用該延時(shí)函數，通過(guò)示波器測量P1.0引腳上的高電平時(shí)間即可確定延時(shí)函數的執行時(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;i2;i++){
　　　　　　　　for(j=0;j124;j++){;}
　　　　　　}
　　　　　　T_point = 0;
　　　　　　for(i=0;i1;i++){
　　　　　　　　for(j=0;j124;j++){;}
　　　　　　}
　　　　}
　　}
　　void main (void) {
　　　　Dly1ms();
　　}