Keil C51程序設(shè)計(jì)中幾種精確延時(shí)方法

實(shí)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(shí)程序，延時(shí)時(shí)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(shí)程序有一定難度。本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，討論幾種實(shí)用的編制精確延時(shí)程序和計(jì)算程序執(zhí)行時(shí)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 Keil C51 精確延時(shí) 程序執(zhí)行時(shí)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(shí)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(shí)經(jīng)常會遇到實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)的問題，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內(nèi)[2]，否則，芯片無法工作。用51匯編語言寫程序時(shí)，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(shí)程序時(shí)需要一些技巧[3]。因此，在多年單片機(jī)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，介紹幾種實(shí)用的編制精確延時(shí)程序和計(jì)算程序執(zhí)行時(shí)間的方法。

　　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)

　　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_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_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。　　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[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

　　熟悉硬件的開發(fā)人員，也可以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;i2;i++){
　　　　　　　　for(j=0;j124;j++){;}
　　　　　　}
　　　　　　T_point = 0;
　　　　　　for(i=0;i1;i++){
　　　　　　　　for(j=0;j124;j++){;}
　　　　　　}
　　　　}
　　}
　　void main (void) {
　　　　Dly1ms();
　　}