单片机 C语言延时分析

只看该作者 · 2016-3-24 21:14

标准的C语言中没有空语句。但在单片机的C语言编程中，经常需要用几个空指令产生短延时的效果。这在汇编语言中很容易实现，写几个nop就行了。

在keil C51中，直接调用库函数：
#include<intrins.h> // 声明了void _nop_(void);
_nop_(); // 产生一条NOP指令
作用：对于延时很短的，要求在us级的，采用“_nop_”函数，这个函数相当汇编NOP指令，延时几微秒。NOP指令为单周期指令，可由晶振频率算出延时时间，对于12M晶振，延时1uS。对于延时比较长的，要求在大于10us，采用C51中的循环语句来实现。
在选择C51中循环语句时，要注意以下几个问题
第一、定义的C51中循环变量，尽量采用无符号字符型变量。
第二、在FOR循环语句中，尽量采用变量减减来做循环。
第三、在do…while，while语句中，循环体内变量也采用减减方法。
这因为在C51编译器中，对不同的循环方法，采用不同的指令来完成的。

下面举例说明：
unsigned char i;
for(i=0;i<255;i++);

unsigned char i;
for(i=255;i>0;i--);
其中，第二个循环语句C51编译后，就用DJNZ指令来完成，相当于如下指令：
MOV　09H，＃0FFH
LOOP：       DJNZ　09H，LOOP
指令相当简洁，也很好计算精确的延时时间。
同样对do…while，while循环语句中，也是如此
例：
unsigned char n;
n=255;
do{n--}
while(n);
或
n=255;
while(n)
{n--};
这两个循环语句经过C51编译之后，形成DJNZ来完成的方法，
故其精确时间的计算也很方便。

其三：对于要求精确延时时间更长，这时就要采用循环嵌套的方法来实现，因此，循环嵌套的方法常用于达到ms级的延时。对于循环语句同样可以采用for，do…while，while结构来完成，每个循环体内的变量仍然采用无符号字符变量。
unsigned char i,j
for(i=255;i>0;i--)
for(j=255;j>0;j--);
或
unsigned char i,j
i=255;
do{j=255;
do{j--}
while(j);
i--;
}
while(i);
或
unsigned char i,j
i=255;
while(i)
{j=255;
while(j)
{j--};
i--;
}
这三种方法都是用DJNZ指令嵌套实现循环的，由C51编译器用下面的指令组合来完成的
MOV　R7，＃0FFH
LOOP2：       MOV　R6，＃0FFH
LOOP1：       DJNZ　R6，LOOP1
DJNZ　R7，LOOP2

只看该作者 · 2016-3-24 21:15

这些指令的组合在汇编语言中采用DJNZ指令来做延时用，因此它的时间精确计算也是很简单，假上面变量i的初值为m，变量j的初值为n，则总延时时间为：m×（n×T＋T），其中T为DJNZ指令执行时间（DJNZ指令为双周期指令）。这里的+T为MOV这条指令所使用的时间。同样对于更长时间的延时，可以采用多重循环来完成。
只要在程序设计循环语句时注意以上几个问题。

下面给出有关在C51中延时子程序设计时要注意的问题
1、在C51中进行精确的延时子程序设计时，尽量不要或少在延时子程序中定义局部变量，所有的延时子程序中变量通过有参函数传递。
2、在延时子程序设计时，采用do…while，结构做循环体要比for结构做循环体好。
3、在延时子程序设计时，要进行循环体嵌套时，采用先内循环，再减减比先减减，再内循环要好。
unsigned char delay(unsigned char i,unsigned char j,unsigned char k)
{unsigned char b,c;
b="j";
c="k";
do{
do{
do{k--};
while(k);
k="c";
j--;};
while(j);
j=b;
i--;};
while(i);
}
这精确延时子程序就被C51编译为有下面的指令组合完成
delay延时子程序如下：
         MOV R6，05H
         MOV R4，03H
C0012：       DJNZ R3， C0012
         MOV R3，04H
         DJNZ R5， C0012
         MOV R5，06H
         DJNZ R7， C0012
         RET
假设参数变量i的初值为m，参数变量j的初值为n，参数变量k的初值为l，则总延时时间为：l×（n×（m×T＋2T）＋2T）＋3T，其中T为DJNZ和MOV指令执行的时间。当m=n=l时，精确延时为9T，最短；当m=n=l=256时，精确延时到16908803T，最长。

1万 · 2016-3-25 11:54

不是采用for 循环就是while循环，或者直接用NOP空指令完成。

1万 · 2016-3-25 14:52

unsigned char n;
n=255;
do{n--}
while(n);
我喜欢用这种方法，只需要改个n的初始值就行

1万 · 2016-3-25 16:08

我记得在不同的单片机里，延时时候转汇编的代码也不同，另外不同的优化等级，生成的代码也不同。

只看该作者 · 2016-3-26 23:13

如果用汇编语言写延时的话估计更精确吧

只看该作者 · 2016-3-31 10:25

在51的时候，经常会用到这种汇编嵌入的延时代码，为了更加精准的计时。

只看该作者 · 2016-4-8 22:29

一般C语言会调用汇编语言的Nop指令来实现延时

1万 · 2016-4-9 17:59

仅仅会两种，delay函数，跑空指令，第二种，定时器计时轮巡法。

只看该作者 · 2016-4-10 18:11

huangcunxiake 发表于 2016-4-9 17:59
仅仅会两种，delay函数，跑空指令，第二种，定时器计时轮巡法。

这两种方法也就够用了，特别是delay，不是要求很严格的就可以用这个了。

1万 · 2016-4-11 08:04

(晶振12MHz,一个机器周期1us.)
一. 500ms延时子程序
程序:
void delay500ms(void){
unsigned char i,j,k;
for(i=15;i>0;i--)
   for(j=202;j>0;j--)
   for(k=81;k>0;k--);
}
产生的汇编:
C:0x0800    7F0F    MOV    R7,#0x0F
C:0x0802    7ECA    MOV    R6,#0xCA
C:0x0804    7D51    MOV    R5,#0x51
C:0x0806    DDFE    DJNZ    R5,C:0806
C:0x0808    DEFA    DJNZ    R6,C:0804
C:0x080A    DFF6    DJNZ    R7,C:0802
C:0x080C    22       RET
计算分析:
程序共有三层循环
一层循环n:R5*2 = 81*2 = 162us                DJNZ 2us
二层循环m:R6*(n+3) = 202*165 = 33330us       DJNZ 2us + R5赋值 1us = 3us
三层循环: R7*(m+3) = 15*33333 = 499995us       DJNZ 2us + R6赋值 1us = 3us
循环外: 5us          子程序调用 2us + 子程序返回 2us + R7赋值 1us = 5us
延时总时间 = 三层循环 + 循环外 = 499995+5 = 500000us =500ms
计算公式:延时时间=[(2*R5+3)*R6+3]*R7+5

二. 200ms延时子程序
程序:
void delay200ms(void){
unsigned char i,j,k;
for(i=5;i>0;i--)
   for(j=132;j>0;j--)
   for(k=150;k>0;k--);
}
产生的汇编
C:0x0800    7F05    MOV    R7,#0x05
C:0x0802    7E84    MOV    R6,#0x84
C:0x0804    7D96    MOV    R5,#0x96
C:0x0806    DDFE    DJNZ    R5,C:0806
C:0x0808    DEFA    DJNZ    R6,C:0804
C:0x080A    DFF6    DJNZ    R7,C:0802
C:0x080C    22       RET

三. 10ms延时子程序
程序:
void delay10ms(void){
unsigned char i,j,k;
for(i=5;i>0;i--)
   for(j=4;j>0;j--)
   for(k=248;k>0;k--);
}
产生的汇编
C:0x0800    7F05    MOV    R7,#0x05
C:0x0802    7E04    MOV    R6,#0x04
C:0x0804    7DF8    MOV    R5,#0xF8
C:0x0806    DDFE    DJNZ    R5,C:0806
C:0x0808    DEFA    DJNZ    R6,C:0804
C:0x080A    DFF6    DJNZ    R7,C:0802
C:0x080C    22       RET

四. 1s延时子程序
程序:
void delay1s(void){
unsigned char h,i,j,k;
for(h=5;h>0;h--)
   for(i=4;i>0;i--)
   for(j=116;j>0;j--)
      for(k=214;k>0;k--);
}
产生的汇编
C:0x0800    7F05    MOV    R7,#0x05
C:0x0802    7E04    MOV    R6,#0x04
C:0x0804    7D74    MOV    R5,#0x74
C:0x0806    7CD6    MOV    R4,#0xD6
C:0x0808    DCFE    DJNZ    R4,C:0808
C:0x080A    DDFA    DJNZ    R5,C:0806
C:0x080C    DEF6    DJNZ    R6,C:0804
C:0x080E    DFF2    DJNZ    R7,C:0802
C:0x0810    22       RET

在精确延时的计算当中,最容易让人忽略的是计算循环外的那部分延时,在对时间要求不高的场合,这部分对程序不会造成影响.

时钟周期时钟周期也称为振荡周期，定义为时钟脉冲的倒数（可以这样来理解，时钟周期就是单片机外接晶振的倒数，例如12M的晶振，它的时间周期就是1/12 us），是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。对于某种单片机，若采用了1MHZ的时钟频率，则时钟周期为1us；若采用4MHZ的时钟频率，则时钟周期为250us。由于时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲，它控制着计算机的工作节奏（使计算机的每一步都统一到它的步调上来）。显然，对同一种机型的计算机，时钟频率越高，计算机的工作速度就越快。但是，由于不同的计算机硬件电路和器件的不完全相同，所以其所需要的时钟周频率范围也不一定相同。我们学习的8051单片机的时钟范围是1.2MHz-12MHz。在8051单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍（用P表示），二个节拍定义为一个状态周期（用S表示）。机器周期在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一项工作。例如，取指令、存储器读、存储器写等，这每一项工作称为一个基本操作。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。一般情况下，一个机器周期由若干个S周期（状态周期）组成。8051系列单片机的一个机器周期同6个S周期（状态周期）组成。前面已说过一个时钟周期定义为一个节拍（用P表示），二个节拍定义为一个状态周期（用S表示），8051单片机的机器周期由6个状态周期组成，也就是说一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期。指令周期指令周期是执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期数也不同。对于一些简单的的单字节指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即译码执行，不再需要其它的机器周期。对于一些比较复杂的指令，例如转移指令、乘法指令，则需要两个或者两个以上的机器周期。通常含一个机器周期的指令称为单周期指令，包含两个机器周期的指令称为双周期指令。当80C51单片机晶振频率为12MHz时，时钟周期.机器周期各是多少？答：1.时钟周期为晶振频率的倒数：1/12微秒； 2.机器周期为12个时钟周期：1微秒；