Keil C51程序設(shè)計中幾種精確延時方法

實際的單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程中，由于程序功能的需要，經(jīng)常編寫各種延時程序，延時時間從數(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程序有一定難度。本文從實際應(yīng)用出發(fā)，討論幾種實用的編制精確延時程序和計算程序執(zhí)行時間的方法，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 程序執(zhí)行時間

引言

　　單片機因具有體積小、功能強、成本低以及便于實現(xiàn)分布式控制而有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域[1]。單片機開發(fā)者在編制各種應(yīng)用程序時經(jīng)常會遇到實現(xiàn)精確延時的問題，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，時間從幾十微秒到幾秒。有時還要求有很高的精度，如使用單總線芯片DS18B20時，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，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寫延時程序時需要一些技巧[3]。因此，在多年單片機開發(fā)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，介紹幾種實用的編制精確延時程序和計算程序執(zhí)行時間的方法。

　　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；另一種是軟件延時，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。本程序中假設(shè)使用頻率為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(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(dāng)?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 Delay10us( ) {
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　}

　　Delay10us( )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Delay10us( )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(dāng)作基本延時函數(shù)，在其他函數(shù)中調(diào)用，即嵌套調(diào)用[4]，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(dāng)?shù)慕M合調(diào)用，上述方法可以實現(xiàn)不同時間的延時。

2.2 在C51中嵌套匯編程序段實現(xiàn)延時

　　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(dāng)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。

　　將匯編語言與C51結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，無疑是單片機開發(fā)人員的最佳選擇。

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。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();
　　}