Keil C51程序設計中幾種精確延時方法

Keil C51程序設計中幾種精確延時方法_單片機編程
　　
　　實現延時通常有兩種方法：一種是硬件延時，要用到定時器/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；另一種是軟件延時，這種方法主要採用循環體進行。
　　
　　1  使用定時器/計數器實現精確延時
　　
　　單片機系統一般常選用11.059 2 MHz、12 MHz或6 MHz晶振。第一種更容易產生各種標準的波特率，後兩種的一個機器週期分別爲1 μs和2 μs，便於精確延時。本程序中假設使用頻率爲12 MHz的晶振。最長的延時時間可達216=65 536 μs。若定時器工作在方式2，則可實現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（重裝定時器初值佔用2個機器週期）。
　　
　　在實際應用中，定時常採用中斷方式，如進行適當的循環可實現幾秒甚至更長時間的延時。使用定時器/計數器延時從程序的執行效率和穩定性兩方面考慮都是最佳的方案。但應該注意，C51編寫的中斷服務程序編譯後會自動加上PUSH ACC、PUSH PSW、POP PSW和POP ACC語句，執行時佔用了4個機器週期；如程序中還有計數值加1語句，則又會佔用1個機器週期。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/計數器經常被用作其他用途，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_( )語句的函數實現，定義一系列不同的延時函數，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用。如延時10 μs的延時函數可編寫如下：
　　
　　void Delay10us( ) { 
　　
　　_NOP_( ); 
　　
　　_NOP_( ); 
　　
　　_NOP_( ); 
　　
　　_NOP_( ); 
　　
　　_NOP_( ); 
　　
　　_NOP_( ); 
　　
　　}
　　
　　Delay10us( )函數中共用了6個_NOP_( )語句，每個語句執行時間爲1 μs。主函數調用Delay10us( )時，先執行一個LCALL指令（2 μs），然後執行6個_NOP_( )語句（6 μs），最後執行了一個RET指令（2 μs），所以執行上述函數時共需要10 μs。可以把這一函數當作基本延時函數，在其他函數中調用，即嵌套調用\[4\]，以實現較長時間的延時；但需要注意，如在Delay40us( )中直接調用4次Delay10us( )函數，得到的延時時間將是42 μs，而不是40 μs。這是因爲執行Delay40us( )時，先執行了一次LCALL指令（2 μs），然後開始執行第一個Delay10us( )，執行完最後一個Delay10us( )時，直接返回到主程序。依此類推，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），然後執行兩次Delay40us( )函數（84 μs），所以，實際延時時間爲86 μs。簡言之，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( )，此時的延時時間爲82 μs。通過修改基本延時函數和適當的組合調用，上述方法可以實現不同時間的延時。
　　
　　2.2  在C51中嵌套匯編程序段實現延時
　　
　　在C51中通過預處理指令#pragma asm和#pragma endasm可以嵌套匯編語言語句。用戶編寫的彙編語言緊跟在#pragma asm之後，在#pragma endasm之前結束。
　　
　　如：#pragma asm 
　　
　　… 
　　
　　彙編語言程序段 
　　
　　… 
　　
　　#pragma endasm
　　
　　延時函數可設置入口參數，可將參數定義爲unsigned char、int或long型。根據參數與返回值的傳遞規則，這時參數和函數返回值位於R7、R7R6、R7R6R5中。在應用時應注意以下幾點：
　　
　　◆ #pragma asm、#pragma endasm不允許嵌套使用； 
　　
　　◆ 在程序的開頭應加上預處理指令#pragma asm，在該指令之前只能有註釋或其他預處理指令； 
　　
　　◆ 當使用asm語句時，編譯系統並不輸出目標模塊，而只輸出彙編源文件； 
　　
　　◆ asm只能用小寫字母，如果把asm寫成大寫，編譯系統就把它作爲普通變量； 
　　
　　◆ #pragma asm、#pragma endasm和 asm只能在函數內使用。
　　
　　將彙編語言與C51結合起來，充分發揮各自的優勢，無疑是單片機開發人員的最佳選擇。
　　
　　2.3  使用示波器確定延時時間
　　
　　利用示波器來測定延時程序執行時間。方法如下：編寫一個實現延時的函數，在該函數的開始置某個I/O口線如P1.0爲高電平，在函數的最後清P1.0爲低電平。在主程序中循環調用該延時函數，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的執行時間。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，運行上面的程序，可以看到P1.0輸出的波形爲週期是3 ms的方波。其中，高電平爲2 ms，低電平爲1 ms，即for循環結構“for(j=0;j<124;j++) {;}”的執行時間爲1 ms。通過改變循環次數，可得到不同時間的延時。當然，也可以不用for循環而用別的語句實現延時。這裏討論的只是確定延時的方法。
　　
　　2.4  使用反彙編工具計算延時時間
　　
　　用Keil C51中的反彙編工具計算延時時間，在反彙編窗口中可用源程序和彙編程序的混合代碼或彙編代碼顯示目標應用程序。爲了說明這種方法，還使用“for (i=0;i<DlyT;i++) {;}”。在程序中加入這一循環結構，首先選擇build taget，然後單擊start/stop debug session按鈕進入程序調試窗口，最後打開Disassembly window，找出與這部分循環結構相對應的彙編代碼，具體如下：
　　
　　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，分析語句可以發現並不是每條語句都執行DlyT次。核心循環只有0x0011~0x0017共6條語句，總共8個機器週期，第1次循環先執行“CLR A”和“MOV R6，A”兩條語句，需要2個機器週期，每循環1次需要8個機器週期，但最後1次循環需要5個機器週期。DlyT次核心循環語句消耗（2+DlyT×8+5）個機器週期，當系統採用12 MHz時，精度爲7 μs。
　　
　　當採用while (DlyT--)循環體時，DlyT的值存放在R7中。相對應的彙編代碼如下：
　　
　　C:0x000FAE07MOVR6, R7//1T 
　　
　　C:0x00111F DECR7//1T 
　　
　　C:0x0012EE MOVA,R6//1T 
　　
　　C:0x001370FAJNZC:000F//2T
　　
　　循環語句執行的時間爲（DlyT+1）×5個機器週期，即這種循環結構的延時精度爲5 μs。
　　
　　通過實驗發現，如將while (DlyT--)改爲while (--DlyT)，經過反彙編後得到如下代碼：
　　
　　C:0x0014DFFE DJNZR7,C:0014//2T
　　
　　可以看出，這時代碼只有1句，共佔用2個機器週期，精度達到2 μs，循環體耗時DlyT×2個機器週期；但這時應該注意，DlyT初始值不能爲0。
　　
　　注意：計算時間時還應加上函數調用和函數返回各2個機器週期時間。