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51單片機(jī) Keil C 延時(shí)程序的簡單研究

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作者: 時(shí)間:2007-03-14 來源: 收藏
應(yīng)用單片機(jī)的時(shí)候,經(jīng)常會遇到需要短時(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。
  以前用匯編語言寫單片機(jī)程序的時(shí)候,這個(gè)問題還是相對容易解決的。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
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)。如果需要更長時(shí)間,可以使用兩層嵌套。而且精度可以達(dá)到2us,一般來說,這已經(jīng)足夠了。
  現(xiàn)在,應(yīng)用更廣泛的毫無疑問是編譯器。相對匯編來說,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)(我覺得這是的唯一一個(gè)缺點(diǎn)了)就是實(shí)時(shí)性沒有保證,無法預(yù)測代碼執(zhí)行的指令周期。因而在實(shí)時(shí)性要求高的場合,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 C 根據(jù)這段代碼產(chǎn)生的匯編代碼找了出來:
       ; 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句,就需要6個(gè)機(jī)器周期。也就是說,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)為這會生成更長的匯編代碼來,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  ?C0007
                      ; SOURCE LINE # 22
0006     ?C0010:
0006 22        RET  
       ; FUNCTION _delay2 (END)
其生成的代碼是一樣的。不過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時(shí)間~~~但是毫無精度可言了。
  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),越簡潔的C代碼往往也能得出越簡潔的機(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)
雖說生成的代碼跟用for語句是不大一樣,不過我可以毫無疑問的說,這兩種方法的效率是一樣的。似乎到此為止了,因?yàn)槲覍?shí)在想不出來源程序還有什么簡化的余地??磥砦揖鸵贸鰜磉@個(gè)結(jié)論了:“如果需要us級的延時(shí)精度,需要時(shí)用匯編語言。”但是真的是這樣嗎?我還是不甘心。因?yàn)槲也幌嘈糯竺ΧΦ? C 編譯器居然連 djnz 都不會用???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,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Keil C的編譯原理有一個(gè)較深入的理解,是可以通過恰當(dāng)?shù)恼Z法運(yùn)用,讓生成的C代碼達(dá)到最優(yōu)化。即使這看起來不大可能,但還是有一些簡單的原則可循的: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.使用簡潔的代碼,因?yàn)榘凑战?jīng)驗(yàn),簡潔的C代碼往往可以生成簡潔的目標(biāo)代碼(雖說不是在所有的情況下都成立)。5...想不起來了,哦呵呵呵~~~

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