在進行C51程序設(shè)計時如何精確延時的常見方法介紹

用51匯編語言寫程序時，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，因此很有必要了解用C51寫延時程序時需要的一些技巧。

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；

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。假設(shè)使用頻率為12 MHz的晶振。最長的延時時間可達2^16=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(yīng)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(yīng)該注意，C51編寫的中斷服務(wù)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

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 Delay_10us()

{

_NOP();

_NOP();

_NOP();

_NOP();

_NOP();

_NOP();

}

Delay_10us( )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Delay_10us( )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)用延時函數(shù)，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。

對于_NOP（）函數(shù)，相信有不少人會感到疑惑，這里我就詳細的介紹一下_NOP（）；函數(shù)：

_NOP();函數(shù)是用來產(chǎn)生空指令來進行延時的，在匯編語言中寫幾個nop指令就可以達到延時的效果。

注意：

1、 調(diào)用庫函數(shù)是一定要包含頭文件#include，在該庫中聲明了void _NOP(void);

2、 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。

關(guān)于C51的延時函數(shù)要注意：

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。

既然能用高級語言進行延時，當然也能用最基本的匯編語言進行相關(guān)的延時，下面我們來簡單的了解下（注：對于匯編語言我也只略懂一點，這是我在網(wǎng)上相關(guān)的資料學習到的）：

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，這時參數(shù)和函數(shù)返回值位于R7、R7R6、R7R6R5中。在應(yīng)用時應(yīng)注意以下幾點：

◆ #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。

2.3 使用示波器確定延時時間

熟悉硬件的開發(fā)人員，也可以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。(有條件的哥們可以試試)

2.4 使用Keil_C中的性能分析器計算延時時間：

這里我就詳細介紹下，這是很實用的方法：

我們先在Keil_C中敲入如下代碼：

#include

#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1

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

led=1;

for(x=0;x<500;x++)//延時2

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

led=0;

for(n=500;n>0;n--)//延時3

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

led=1;

k=90;//延時4

while(k>0)k--;

led=0;

}

}

下面將介紹如何建立Keil工程，并分析延時時間的精確計算方法，利用keil可以比較方便、精確的計算程序延時時間。

1． 建立keil工程。

啟動keil，選擇“Project”à“New uVision Project”à輸入工程名稱，確定，彈出下面對話框，選擇Atmel：

接著選擇：AT89C52

選擇好芯片之后會彈出下面的對話框，選擇“否”:

點擊“File”à “New”，新建一個Text，用以輸入程序。程序輸入以后保存，保存名稱需要和工程名稱一致，如果使用C語言則以.c作為保存格式，使用匯編語言保存格式為.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)置對于使用keil精確計算延時時間很關(guān)鍵。選中下圖左上角的Target 1：

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

650) this.width=650;" src="http://img1.51cto.com/attachment/201310/232351900.png" title="圖片6.png" alt="232351900.png" />

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，如下：

650) this.width=650;" src="http://img1.51cto.com/attachment/201310/232456128.png" title="圖片7.png" alt="232456128.png" />

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

1． 接著講第二個知識點，就是如何精確計算延時的時間。

我們選擇開頭給出的程序為例，延時1的程序如下：

for(i=1000;i>0;i--)//延時1

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

要精確計算它的延時時間，可以通過設(shè)置斷點來實現(xiàn)。斷點設(shè)置如下圖：

650) this.width=650;" src="http://img1.51cto.com/attachment/201310/232538186.png" title="圖片8.png" alt="232538186.png" />

在延時1的開頭和下一句語句的開頭分別設(shè)置斷點A1和A2，然后全速運行，運行到A1處，程序停止，記錄這時的運行時間t1，繼續(xù)全速運行，遇到斷點A2，程序停止，記錄此刻的時間t2。那么延時1的延時時間就是t=t2-t1。

下面是具體步驟：

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

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

650) this.width=650;" src="http://img1.51cto.com/attachment/201310/232623936.png" title="圖片9.png" alt="232623936.png" />

即可進入調(diào)試模式。初次進入調(diào)試模式的界面如下：

650) this.width=650;" src="http://img1.51cto.com/attachment/201310/232724504.png" title="圖片10.png" alt="232724504.png" />

首先介紹一下幾個重要按鈕。如下圖所示：

紅色數(shù)字1上面的圖標：將程序復(fù)位到主函數(shù)的最開開始處，準備重新運行程序；

紅色數(shù)字2上面的圖標：全速運行，運行程序時中間不停止，直到遇到斷點；

紅色數(shù)字3上面的圖標：停止全速運行。

紅色數(shù)字4上面的圖標：進入子函數(shù)內(nèi)部。

紅色下劃線上的sec就是程序從開始運行到當前停止處所用的時間。

650) this.width=650;" src="http://img1.51cto.com/attachment/201310/232800342.png" title="圖片11.png" alt="232800342.png" />

（3） 先復(fù)位。即點擊上圖中紅字1上面的圖標。

（4） 全速運行，記錄運行時間。即點擊上圖紅字2上面的圖標。遇到09處的第一個斷點，系統(tǒng)會自動停止運行，停在第一個斷點處。此時右邊記錄的時間sec就是程序從開始運行到當前斷點處所經(jīng)歷的時間為t1=423.18us。如下圖所示：

650) this.width=650;" src="http://img1.51cto.com/attachment/201310/232912391.png" title="圖片12.png" alt="232912391.png" />

（5） 繼續(xù)全速運行，第二次記錄運行時間。遇到11處的第二個斷點，系統(tǒng)停止運行，此時已運行時間為t2=966140.41us。如下圖所示：

650) this.width=650;" src="http://img1.51cto.com/attachment/201310/233003522.png" title="圖片13.png" alt="233003522.png" />

（6） 計算延時時間t。從上面得到的數(shù)據(jù)可以計算出時間

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

通過上面6個步驟，就可以精確，方便地計算出延時程序的時間，對于實現(xiàn)精確延時，只需要調(diào)節(jié)參數(shù)，再稍加計算就OK。需要注意的是，在上圖的調(diào)試模式下修改程序參數(shù)，是無法生效的。復(fù)位之后全速運行，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，然后再進入調(diào)試模式，才可以計算精確時間。同時，在建立Keil工程的時候，一定要記得修改晶振的參數(shù)，這很關(guān)鍵，如果晶振不對，要實現(xiàn)相同的延時時間，程序參數(shù)的設(shè)置也就不一樣。

可以使用同樣的方法計算延時2，延時3，延時4的精確延時時間。它們的延時時間分別是：498040.37us、500220.27us、783.42us。大家可以自己練習。

最后還要指出一點的是：

上面使用的Keil版本是Keil uVision4，大家也可以使用Keil 3或者Keil 2來做，只是軟件的界面，圖標等有差別，但都可以實現(xiàn)相同的功能。