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用Keil C进行51单片机延时程序编写

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gaosmile 发布时间:2021-2-22 22:08
应用单片机的时候,经常会遇到需要短时间延时的情况。需要的延时时间很短,一般都是几十到几百微妙(us)。有时候还需要很高的精度,比如用单片机驱动 DS18B20的时候,误差容许的范围在十几us以内,不然很容易出错。这种情况下,用计时器往往有点小题大做。而在极端的情况下,计时器甚至已经全部派上了别的用途。这时就需要我们另想别的办法了。
) K5 r) e) F! {3 @8 m8 n+ B
以前用汇编语言写单片机程序的时候,这个问题还是相对容易解决的。比如用的是12MHz晶振的51,打算延时20us,只要用下面的代码,就可以满足一般的需要:, [( f5 i% h% J
微信图片_20210222220529.png ! M- f; {3 M4 f" n6 n# t" ^
51 单片机的指令周期是晶振频率的1/12,也就是1us一个周期。mov r0, #09h需要2个极其周期,djnz也需要2个极其周期。那么存在r0里的数就是(20-2)/2。用这种方法,可以非常方便的实现256us以下时间的延时。如果需要更长时间,可以使用两层嵌套。而且精度可以达到2us,一般来说,这已经足够了。( B4 P/ H4 s! Y) {
现在,应用更广泛的毫无疑问是Keil的C编译器。相对汇编来说,C固然有很多优点,比如程序易维护,便于理解,适合大的项目。但缺点(我觉得这是C的唯一一个缺点了)就是实时性没有保证,无法预测代码执行的指令周期。因而在实时性要求高的场合,还需要汇编和C的联合应用。但是是不是这样一个延时程序,也需要用汇编来实现呢?为了找到这个答案,我做了一个实验。
7 ~' N) ]- y8 Q( {+ W4 A* w: ?
用C语言实现延时程序,首先想到的就是C常用的循环语句。下面这段代码是我经常在网上看到的:\
" Q. \( x  C9 T* t2 o2 o
微信图片_20210222220532.png
, q9 r% l  q2 j3 o0 e( [
到底这段代码能达到多高的精度呢?为了直接衡量这段代码的效果,我把 Keil C 根据这段代码产生的汇编代码找了出来:, {$ h. b/ d# Q8 B+ N
微信图片_20210222220535.png
' g9 U) C3 x, z* c2 X
真是不看不知道~~~一看才知道这个延时程序是多么的不准点~~~光看主要的那四条语句,就需要6个机器周期。也就是说,它的精度顶多也就是6us而已,这还没算上一条 lcall 和一条 ret。如果我们把调用函数时赋的i值根延时长度列一个表的话,就是:8 }7 z  U" n& W$ X- g
微信图片_20210222220540.png
( d" K/ i1 E; f2 G) e) Z& }+ ^9 r
因为函数的调用需要2个时钟周期的lcall,所以delay time比从函数代码的执行时间多2。顺便提一下,有的朋友写的是这样的代码:
, C9 S7 ~/ @) g0 L4 ^
微信图片_20210222220544.png
; D& O: ^4 O* A) a9 R, |! f
可能有人认为这会生成更长的汇编代码来,但是事实证明:4 f4 X6 f- N  z" `
微信图片_20210222220547.png
  ]5 r# A: y3 r7 k
其生成的代码是一样的。不过这的确不是什么好的习惯。因为这里实在没有必要再引入多余的变量。我们继续讨论正题。有的朋友为了得当更长的延时,甚至用了这样的代码:) m: M) `1 i3 D. c, m, E% {
微信图片_20210222220550.png
  w% L7 p, @; E& b
这段代码产生的汇编代码是什么样子的?其实不用想也知道它是如何恐怖的$#^%&%$.。..。.让我们看一看:' S: p; L  Z) o" E
微信图片_20210222220554.png 4 W5 E6 }( p& e0 x6 Y
呵呵,这倒是的确可以延迟很长时间~~~但是毫无精度可言了。那么,用C到底能不能实现精确的延时呢?我把代码稍微改了一下:8 w1 Z3 |& l( s- C. T  I4 L
微信图片_20210222220558.png
& Z' E& D# c" r; [( r2 s
因为根据经验,越简洁的C代码往往也能得出越简洁的机器代码。那这样结果如何呢?把它生成的汇编代码拿出来看一看就知道了。满怀希望的我按下了“Build target”键,结果打击是巨大的:: b3 k9 a  R2 @# \
微信图片_20210222220601.png
: L9 n( e  Z% g9 }' [
虽说生成的代码跟用for语句是不大一样,不过我可以毫无疑问的说,这两种方法的效率是一样的。似乎到此为止了,因为我实在想不出来源程序还有什么简化的余地。看来我就要得出来这个结论了:“如果需要us级的延时精度,需要时用汇编语言。”但是真的是这样吗?我还是不甘心。因为我不相信大名鼎鼎的 Keil C 编译器居然连 djnz 都不会用???因为实际上程序体里只需要一句 loop:djnz r7, loop。近乎绝望之际(往往人在这种情况下确可以爆发出来,哦呵呵呵~~~),我随手改了一下:
: ^, D  }4 c. s8 G# \1 y( x
微信图片_20210222220605.png 3 ]( B9 t" d& y4 Z* j/ W$ x  p
心不在焉的编译,看源码:
) u7 N5 G; {5 V7 L3 p2 _, S* [
微信图片_20210222220608.png
/ g- B0 y) G+ c
天~~~奇迹出现了。..。..我想这个程序应该已经可以满足一般情况下的需要了。如果列个表格的话:2 L: h9 F+ M4 a; {! g5 P1 X7 L
微信图片_20210222220612.png # ~3 `" A% {1 i
计算延时时间时,已经算上了调用函数的lcall语句所花的2个时钟周期的时间。; d7 o1 Z+ M* b' D$ o8 \( x) u
终于,结果已经明了了。只要合理的运用,C还是可以达到意想不到的效果。很多朋友抱怨C效率比汇编差了很多,其实如果对Keil C的编译原理有一个较深入的理解,是可以通过恰当的语法运用,让生成的C代码达到最优化。即使这看起来不大可能,但还是有一些简单的原则可循的:. l" m4 N/ `- ^3 j
1.尽量使用unsigned 型的数据结构。2.尽量使用char型,实在不够用再用int,然后才是long。3.如果有可能,不要用浮点型。4.使用简洁的代码,因为按照经验,简洁的C代码往往可以生成简洁的目标代码(虽说不是在所有的情况下都成立)。
: A  S. _4 W. T9 h/ {6 r6 ?8 U
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