使用Keil C進(jìn)行51單片機(jī)延時(shí)程序編寫的幾點(diǎn)心得

　　應(yīng)用單片機(jī)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)遇到需要短時(shí)間延時(shí)的情況。需要的延時(shí)時(shí)間很短，一般都是幾十到幾百微妙（us）。有時(shí)候還需要很高的精度，比如用單片機(jī)驅(qū)動(dòng) DS18B20的時(shí)候，誤差容許的范圍在十幾u(yù)s以內(nèi)，不然很容易出錯(cuò)。這種情況下，用計(jì)時(shí)器往往有點(diǎn)小題大做。而在極端的情況下，計(jì)時(shí)器甚至已經(jīng)全部派上了別的用途。這時(shí)就需要我們另想別的辦法了。

　　以前用匯編語(yǔ)言寫單片機(jī)程序的時(shí)候，這個(gè)問題還是相對(duì)容易解決的。比如用的是12MHz晶振的51，打算延時(shí)20us，只要用下面的代碼，就可以滿足一般的需要：

　　mov　　 r0， #09h

　　loop：　 djnz　　r0， loop

　　51 單片機(jī)的指令周期是晶振頻率的1/12，也就是1us一個(gè)周期。mov r0， #09h需要2個(gè)極其周期，djnz也需要2個(gè)極其周期。那么存在r0里的數(shù)就是（20-2）/2。用這種方法，可以非常方便的實(shí)現(xiàn)256us以下時(shí)間的延時(shí)。如果需要更長(zhǎng)時(shí)間，可以使用兩層嵌套。而且精度可以達(dá)到2us，一般來(lái)說(shuō)，這已經(jīng)足夠了。

　　現(xiàn)在，應(yīng)用更廣泛的毫無(wú)疑問是Keil的C編譯器。相對(duì)匯編來(lái)說(shuō)，C固然有很多優(yōu)點(diǎn)，比如程序易維護(hù)，便于理解，適合大的項(xiàng)目。但缺點(diǎn)（我覺得這是C的唯一一個(gè)缺點(diǎn)了）就是實(shí)時(shí)性沒有保證，無(wú)法預(yù)測(cè)代碼執(zhí)行的指令周期。因而在實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)合，還需要匯編和C的聯(lián)合應(yīng)用。但是是不是這樣一個(gè)延時(shí)程序，也需要用匯編來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？為了找到這個(gè)答案，我做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

　　用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)延時(shí)程序，首先想到的就是C常用的循環(huán)語(yǔ)句。下面這段代碼是我經(jīng)常在網(wǎng)上看到的：

　　void delay2（unsigned char i）

　　{

　　for（; i ！= 0; i--）;

　　}

　　到底這段代碼能達(dá)到多高的精度呢？為了直接衡量這段代碼的效果，我把 Keil C 根據(jù)這段代碼產(chǎn)生的匯編代碼找了出來(lái)：

　　; FUNCTION _delay2 （BEGIN）

　　; SOURCE LINE # 18

　　;---- Variable “i” assigned to Register “R7” ----

　　; SOURCE LINE # 19

　　; SOURCE LINE # 20

　　0000　　　　 ？C0007：

　　0000 EF　　　　　　　　MOV　　 A，R7

　　0001 6003　　　　　　　JZ　　　？C0010

　　0003 1F　　　　　　　　DEC　　 R7

　　0004 80FA　　　　　　　SJMP　??？C0007

　　; SOURCE LINE # 21

　　0006　　　　 ？C0010：

　　0006 22　　　　　　　　RET

　　; FUNCTION _delay2 （END）

　　真是不看不知道~~~一看才知道這個(gè)延時(shí)程序是多么的不準(zhǔn)點(diǎn)~~~光看主要的那四條語(yǔ)句，就需要6個(gè)機(jī)器周期。也就是說(shuō)，它的精度頂多也就是6us而已，這還沒算上一條 lcall 和一條 ret。如果我們把調(diào)用函數(shù)時(shí)賦的i值根延時(shí)長(zhǎng)度列一個(gè)表的話，就是：

　　i　　delay time/us

　　0　　6

　　1　　12

　　2　　18

　　.....

　　因?yàn)楹瘮?shù)的調(diào)用需要2個(gè)時(shí)鐘周期的lcall，所以delay time比從函數(shù)代碼的執(zhí)行時(shí)間多2。順便提一下，有的朋友寫的是這樣的代碼：

　　void delay2（unsigned char i）

　　{

　　unsigned char a;

　　for（a = i; a ！= 0; a--）;

　　}

　　可能有人認(rèn)為這會(huì)生成更長(zhǎng)的匯編代碼來(lái)，但是事實(shí)證明：

　　; FUNCTION _delay2 （BEGIN）

　　; SOURCE LINE # 18

　　;---- Variable “i” assigned to Register “R7” ----

　　; SOURCE LINE # 19

　　; SOURCE LINE # 21

　　;---- Variable “a” assigned to Register “R7” ----

　　0000　　　　 ？C0007：

　　0000 EF　　　　　　　　MOV　　 A，R7

　　0001 6003　　　　　　　JZ　　　？C0010

　　0003 1F　　　　　　　　DEC　　 R7

　　0004 80FA　　　　　　　SJMP　?。緾0007

　　; SOURCE LINE # 22

　　0006　　　　 ？C0010：

　　0006 22　　　　　　　　RET

　　; FUNCTION _delay2 （END）

　　其生成的代碼是一樣的。不過(guò)這的確不是什么好的習(xí)慣。因?yàn)檫@里實(shí)在沒有必要再引入多余的變量。我們繼續(xù)討論正題。有的朋友為了得當(dāng)更長(zhǎng)的延時(shí)，甚至用了這樣的代碼：

　　void delay2（unsigned long i）

　　{

　　for（; i ！= 0; i--）;

　　}

　　這段代碼產(chǎn)生的匯編代碼是什么樣子的？其實(shí)不用想也知道它是如何恐怖的$#^%%$.。..。.讓我們看一看：

　　; FUNCTION _delay2 （BEGIN）

　　; SOURCE LINE # 18

　　0000 8F00　　　　R　　 MOV　　 i+03H，R7

　　0002 8E00　　　　R　　 MOV　　 i+02H，R6

　　0004 8D00　　　　R　　 MOV　　 i+01H，R5

　　0006 8C00　　　　R　　 MOV　　 i，R4

　　; SOURCE LINE # 19

　　; SOURCE LINE # 20

　　0008　　　　 ？C0007：

　　0008 E4　　　　　　　　CLR　　 A

　　0009 FF　　　　　　　　MOV　　 R7，A

　　000A FE　　　　　　　　MOV　　 R6，A

　　000B FD　　　　　　　　MOV　　 R5，A

　　000C FC　　　　　　　　MOV　　 R4，A

　　000D AB00　　　　R　　 MOV　　 R3，i+03H

　　000F AA00　　　　R　　 MOV　　 R2，i+02H

　　0011 A900　　　　R　　 MOV　　 R1，i+01H

　　0013 A800　　　　R　　 MOV　　 R0，i

　　0015 C3　　　　　　　　CLR　　 C

　　0016 120000　　　E　　 LCALL　 ？C？ULCMP

　　0019 601A　　　　　　　JZ　　　？C0010

　　001B E500　　　　R　　 MOV　　 A，i+03H

　　001D 24FF　　　　　　　ADD　　 A，#0FFH

　　001F F500　　　　R　　 MOV　　 i+03H，A

　　0021 E500　　　　R　　 MOV　　 A，i+02H

　　0023 34FF　　　　　　　ADDC　　A，#0FFH

　　0025 F500　　　　R　　 MOV　　 i+02H，A

　　0027 E500　　　　R　　 MOV　　 A，i+01H

　　0029 34FF　　　　　　　ADDC　　A，#0FFH

　　002B F500　　　　R　　 MOV　　 i+01H，A

　　002D E500　　　　R　　 MOV　　 A，i

　　002F 34FF　　　　　　　ADDC　　A，#0FFH

　　0031 F500　　　　R　　 MOV　　 i，A

　　0033 80D3　　　　　　　SJMP　??？C0007

　　; SOURCE LINE # 21

　　0035　　　　 ？C0010：

　　0035 22　　　　　　　　RET

　　; FUNCTION _delay2 （END）

　　呵呵，這倒是的確可以延遲很長(zhǎng)時(shí)間~~~但是毫無(wú)精度可言了。

　　那么，用C到底能不能實(shí)現(xiàn)精確的延時(shí)呢？我把代碼稍微改了一下：

　　void delay1（unsigned char i）

　　{

　　while（i--）;

　　}

　　因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)，越簡(jiǎn)潔的C代碼往往也能得出越簡(jiǎn)潔的機(jī)器代碼。那這樣結(jié)果如何呢？把它生成的匯編代碼拿出來(lái)看一看就知道了。滿懷希望的我按下了“Build target”鍵，結(jié)果打擊是巨大的：

　　; FUNCTION _delay1 （BEGIN）

　　; SOURCE LINE # 13

　　;---- Variable “i” assigned to Register “R7” ----

　　; SOURCE LINE # 14

　　0000　　　　 ？C0004：

　　; SOURCE LINE # 15

　　0000 AE07　　　　　　　MOV　　 R6，AR7

　　0002 1F　　　　　　　　DEC　　 R7

　　0003 EE　　　　　　　　MOV　　 A，R6

　　0004 70FA　　　　　　　JNZ　　 ？C0004

　　; SOURCE LINE # 16

　　0006　　　　 ？C0006：

　　0006 22　　　　　　　　RET

　　; FUNCTION _delay1 （END）

　　雖說(shuō)生成的代碼跟用for語(yǔ)句是不大一樣，不過(guò)我可以毫無(wú)疑問的說(shuō)，這兩種方法的效率是一樣的。似乎到此為止了，因?yàn)槲覍?shí)在想不出來(lái)源程序還有什么簡(jiǎn)化的余地?？磥?lái)我就要得出來(lái)這個(gè)結(jié)論了：“如果需要us級(jí)的延時(shí)精度，需要時(shí)用匯編語(yǔ)言。”但是真的是這樣嗎？我還是不甘心。因?yàn)槲也幌嘈糯竺ΧΦ?Keil C 編譯器居然連 djnz 都不會(huì)用？？？因?yàn)閷?shí)際上程序體里只需要一句 loop： djnz r7， loop。近乎絕望之際（往往人在這種情況下確可以爆發(fā)出來(lái)，哦呵呵呵~~~），我隨手改了一下：

　　void delay1（unsigned char i）

　　{

　　while（--i）;

　　}

　　心不在焉的編譯，看源碼：

　　; FUNCTION _delay1 （BEGIN）

　　; SOURCE LINE # 13

　　;---- Variable “i” assigned to Register “R7” ----

　　; SOURCE LINE # 14

　　0000　　　　 ？C0004：

　　; SOURCE LINE # 15

　　0000 DFFE　　　　　　　DJNZ　　R7，？C0004

　　; SOURCE LINE # 16

　　0002　　　　 ？C0006：

　　0002 22　　　　　　　　RET

　　; FUNCTION _delay1 （END）

　　天~~~奇跡出現(xiàn)了。..。..我想這個(gè)程序應(yīng)該已經(jīng)可以滿足一般情況下的需要了。如果列個(gè)表格的話：

　　i　　delay time/us

　　1　　5

　　2　　7

　　3　　9

　　.....

　　計(jì)算延時(shí)時(shí)間時(shí)，已經(jīng)算上了調(diào)用函數(shù)的lcall語(yǔ)句所花的2個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間。

　　終于，結(jié)果已經(jīng)明了了。只要合理的運(yùn)用，C還是可以達(dá)到意想不到的效果。很多朋友抱怨C效率比匯編差了很多，其實(shí)如果對(duì)Keil C的編譯原理有一個(gè)較深入的理解，是可以通過(guò)恰當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)法運(yùn)用，讓生成的C代碼達(dá)到最優(yōu)化。即使這看起來(lái)不大可能，但還是有一些簡(jiǎn)單的原則可循的：1.盡量使用unsigned 型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2.盡量使用char型，實(shí)在不夠用再用int，然后才是long。3.如果有可能，不要用浮點(diǎn)型。4.使用簡(jiǎn)潔的代碼，因?yàn)榘凑战?jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)潔的C代碼往往可以生成簡(jiǎn)潔的目標(biāo)代碼（雖說(shuō)不是在所有的情況下都成立）。