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            EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設(shè)計應(yīng)用 > C51中精確的延時與計算的實現(xiàn)

            C51中精確的延時與計算的實現(xiàn)

            作者: 時間:2016-11-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            C51由于其可讀性和可移植性很強,在單片機中得到廣泛的應(yīng)用,但在某些時候由于C51編寫的程序?qū)υ谟?strong>精確時間要求下,可能就得要用匯編語言來編寫,但在C51是否也能實現(xiàn)時間的精確控制呢?答案是肯定的。

            在C51中要實現(xiàn)對時間的精確延時有以下幾種方法
            其一:對于延時很短的,要求在us級的,采用“_nop_”函數(shù),這個函數(shù)相當(dāng)匯編NOP指令,延時幾微秒,就插入個這樣的函數(shù)。
            其二:對于延時比較長的,要求在大于10us,采用C51中的循環(huán)語句來實現(xiàn)。
            在選擇C51中循環(huán)語句時,要注意以下幾個問題
            第一、定義的C51中循環(huán)變量,盡量采用無符號字符型變量。
            第二、在FOR循環(huán)語句中,盡量采用變量減減來做循環(huán)。
            第三、在do…while,while語句中,循環(huán)體內(nèi)變量也采用減減方法。
            這因為在C51編譯器中,對不同的循環(huán)方法,采用不同的指令來完成的。下面舉例說明:
            unsigned char I;
            for(i=0;i<255;i++);

            unsigned char I;
            for(i=255;i>0;i--);
            其中,第二個循環(huán)語句C51編譯后,就用DJNZ指令來完成,相當(dāng)于如下指令:
            MOV 09H,#0FFH
            LOOP: DJNZ 09H,LOOP
            指令相當(dāng)簡潔,也很好計算精確的延時時間。
            同樣對do…while,while循環(huán)語句中,也是如此
            例:
            unsigned char n;
            n=255;
            do{n--}
            while(n);

            n=255;
            while(n)
            {n--};
            這兩個循環(huán)語句經(jīng)過C51編譯之后,形成DJNZ來完成的方法,故其精確時間的計算也很方便。
            其三:對于要求精確延時時間更長,這時就要采用循環(huán)嵌套的方法來實現(xiàn),因此,循環(huán)嵌套的方法常用于達(dá)到ms級的延時。
            對于循環(huán)語句同樣可以采用for,do…while,while結(jié)構(gòu)來完成,每個循環(huán)體內(nèi)的變量仍然采用無符號字符變量。
            unsigned char i,j
            for(i=255;i>0;i--)
            for(j=255;j>0;j--);

            unsigned char i,j
            i=255;
            do{j=255;
            do{j--}
            while(j);
            i--;
            }
            while(i);

            unsigned char i,j
            i=255;
            while(i)
            {j=255;
            while(j)
            {j--};
            i--;
            }
            這三種方法都是用DJNZ指令嵌套實現(xiàn)循環(huán)的,由C51編譯器用下面的指令組合來完成的
            MOV R7,#0FFH
            LOOP2: MOV R6,#0FFH
            LOOP1: DJNZ R6,LOOP1
            DJNZ R7,LOOP2
            這些指令的組合在匯編語言中采用DJNZ指令來做延時用,因此它的時間精確計算也是很簡單,假上面變量i的初值為m,變量j的初值為n,則總延時時間為:m×(n×T+T),其中T為DJNZ指令執(zhí)行時間。
            同樣對于更長時間的延時,可以采用多重循環(huán)來完成。只要在程序設(shè)計循環(huán)語句時注意以上幾個問題。
            下面給出有關(guān)在C51中延時子程序設(shè)計時要注意的問題
            1、在C51中進(jìn)行精確的延時子程序設(shè)計時,盡量不要或少在延時子程序中定義局部變量,所有的延時子程序中變量通過有參函數(shù)傳遞。
            2、在延時子程序設(shè)計時,采用do…while,結(jié)構(gòu)做循環(huán)體要比for結(jié)構(gòu)做循環(huán)體好。
            3、在延時子程序設(shè)計時,要進(jìn)行循環(huán)體嵌套時,采用先內(nèi)循環(huán),再減減比先減減,再內(nèi)循環(huán)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);
            }
            這精確延時子程序就被C51編譯為有下面的指令組合完成
            delay延時子程序如下:
            MOV R6,05H
            MOV R4,03H
            C0012: DJNZ R3, C0012
            MOV R3,04H
            DJNZ R5, C0012
            MOV R5,06H
            DJNZ R7, C0012
            RET
            假設(shè)參數(shù)變量i的初值為m,參數(shù)變量j的初值為n,參數(shù)變量k的初值為l,則總延時時間為:l×(n×(m×T+2T)+2T)+3T,其中T為DJNZ和MOV指令執(zhí)行的時間。當(dāng)m=n=l時,精確延時為9T,最短;當(dāng)m=n=l=256時,精確延時到16908803T,最長。

            采用軟件定時的計算方法

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/201611/316456.htm

            利用指令執(zhí)行周期設(shè)定,以下為一段延時程序:
            指令 周期
            MOV 1
            DJNZ 2
            NOP 1
            采用循環(huán)方式定時,有程序:
            MOV R5,#TIME2 ;周期1
            LOOP1: MOV R6,#TIME1 ; 1
            LOOP2: NOP ; 1
            NOP ; 1
            DJNZ R6,LOOP2 ; 2
            DJNZ R5,LOOP1 ; 2
            定時數(shù)=(TIME1*4+2+1)*TIM2*2+4

            ==============================================================================

            [轉(zhuǎn)帖]Keil C51 延時程序的兩次研究
            51單片機 Keil C 延時程序的簡單研究

            應(yīng)用單片機的時候,經(jīng)常會遇到需要短時間延時的情況。需要的延時時間很短,一般都是幾十到幾百(us)。有時候還需要很高的精度,比如用單片機驅(qū)動DS18B20的時候,誤差容許的范圍在十幾us以內(nèi),不然很容易出錯。這種情況下,用計時器往往有點小題大做。而在極端的情況下,計時器甚至已經(jīng)全部派上了別的用途。這時就需要我們另想別的辦法了。 以前用匯編語言寫單片機程序的時候,這個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單片機的指令周期是晶振頻率的1/12,也就是1us一個周期。mov r0, #09h需要2個極其周期,djnz也需要2個極其周期。那么存在r0里的數(shù)就是(20-2)/2。用這種方法,可以非常方便的實現(xiàn)256us以下時間的延時。如果需要更長時間,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Keil的C編譯器。相對匯編來說,C固然有很多優(yōu)點,比如程序易維護(hù),便于理解,適合大的項目。但缺點(我覺得這是C的唯一一個缺點了)就是實時性沒有保證,無法預(yù)測代碼執(zhí)行的指令周期。因而在實時性要求高的場合,還需要匯編和C的聯(lián)合應(yīng)用。但是是不是這樣一個延時程序,也需要用匯編來實現(xiàn)呢?為了找到這個答案,我做了一個實驗。
            用C語言實現(xiàn)延時程序,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 Keil 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~~~一看才知道這個延時程序是多么的不準(zhǔn)點~~~光看主要的那四條語句,就需要6個機器周期。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)時賦的i值根延時長度列一個表的話,就是:
            i delay time/us
            0 6
            1 12
            2 18
            ...
            因為函數(shù)的調(diào)用需要2個時鐘周期的lcall,所以delay time比從函數(shù)代碼的執(zhí)行時間多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。因為這里實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,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間~~~但是毫無精度可言了。 那么,用C到底能不能實現(xiàn)精確的延時呢?我把代碼稍微改了一下:
            void delay1(unsigned char i)
            {
            while(i--);
            }
            因為根據(jù)經(jīng)驗,越簡潔的C代碼往往也能得出越簡潔的機器代碼。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,因為我實在想不出來源程序還有什么簡化的余地。看來我就要得出來這個結(jié)論了:“如果需要us級的延時精度,需要時用匯編語言。”但是真的是這樣嗎?我還是不甘心。因為我不相信大名鼎鼎的 Keil C 編譯器居然連 djnz 都不會用???因為實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。如果列個表格的話:
            i delay time/us
            1 5
            2 7
            3 9 ...
            計算延時時間時,已經(jīng)算上了調(diào)用函數(shù)的lcall語句所花的2個時鐘周期的時間。 終于,結(jié)果已經(jīng)明了了。只要合理的運用,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,其實如果對Keil C的編譯原理有一個較深入的理解,是可以通過恰當(dāng)?shù)恼Z法運用,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,實在不夠用再用int,然后才是long。
            3.如果有可能,不要用浮點型。
            4.使用簡潔的代碼,因為按照經(jīng)驗,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~~~
            ===============================================================================

            時程序

            時程序再拋磚
            //我看到的地方也是從別的地方轉(zhuǎn)貼,所以我不知道原作者是誰,但相信這么成熟的東西轉(zhuǎn)一下他也不會見意。

            看到了個好帖,我在此在它得基礎(chǔ)上再拋拋磚!

            有個好帖,從精度考慮,它得研究結(jié)果是:
            void delay2(unsigned char i)
            {
            while(--i);
            }
            為最佳方法。


            分析:假設(shè)外掛12M(之后都是在這基礎(chǔ)上討論)
            我編譯了下,傳了些參數(shù),并看了匯編代碼,觀察記錄了下面的數(shù)據(jù):
            delay2(0):延時518us 518-2*256=6
            delay2(1):延時7us(原帖寫“5us”是錯的,^_^)
            delay2(10):延時25us 25-20=5
            delay2(20):延時45us 45-40=5
            delay2(100):延時205us 205-200=5
            delay2(200):延時405us 405-400=5

            見上可得可調(diào)度為2us,而最大誤差為6us。
            精度是很高了!

            但這個程序的最大延時是為518us 顯然不
            能滿足實際需要,因為很多時候需要延遲比較長的時間。


            那么,接下來討論將t分配為兩個字節(jié),即uint型的時候,會出現(xiàn)什么情況。

            void delay8(uint t)
            {
            while(--t);
            }
            我編譯了下,傳了些參數(shù),并看了匯編代碼,觀察記錄了下面的數(shù)據(jù):
            delay8(0):延時524551us 524551-8*65536=263
            delay8(1):延時15us
            delay8(10):延時85us 85-80=5
            delay8(100):延時806us 806-800=6
            delay8(1000):延時8009us 8009-8000=9
            delay8(10000):延時80045us 80045-8000=45
            delay8(65535):延時524542us 524542-524280=262

            如果把這個程序的可調(diào)度看為8us,那么最大誤差為263us,但這個延時程序還是不能滿足要求的,因為延時最大為524.551ms。

            那么用ulong t呢?
            一定很恐怖,不用看編譯后的匯編代碼了。。。


            那么如何得到比較小的可調(diào)度,可調(diào)范圍大,并占用比較少得RAM呢?請看下面的程序:

            /*--------------------------------------------------------------------
            程序名稱:50us 延時
            注意事項:基于1MIPS,AT89系列對應(yīng)12M晶振,W77、W78系列對應(yīng)3M晶振
            例子提示:調(diào)用delay_50us(20),得到1ms延時
            全局變量:無
            返回: 無
            --------------------------------------------------------------------*/
            void delay_50us(uint t)
            {
            uchar j;
            for(;t>0;t--)
            for(j=19;j>0;j--)
            ;
            }

            我編譯了下,傳了些參數(shù),并看了匯編代碼,觀察記錄了下面的數(shù)據(jù):
            delay_50us(1):延時63us 63-50=13
            delay_50us(10):延時513us 503-500=13
            delay_50us(100):延時5013us 5013-5000=13
            delay_50us(1000):延時50022us 50022-50000=22

            赫赫,延時50ms,誤差僅僅22us,作為C語言已經(jīng)是可以接受了。再說要求再精確的話,就算是用匯編也得改用定時器了。

            /*--------------------------------------------------------------------
            程序名稱:50ms 延時
            注意事項:基于1MIPS,AT89系列對應(yīng)12M晶振,W77、W78系列對應(yīng)3M晶振
            例子提示:調(diào)用delay_50ms(20),得到1s延時
            全局變量:無
            返回: 無
            --------------------------------------------------------------------*/
            void delay_50ms(uint t)
            {
            uint j;
            /****
            可以在此加少許延時補償,以禰補大數(shù)值傳遞時(如delay_50ms(1000))造成的誤差,
            但付出的代價是造成傳遞小數(shù)值(delay_50ms(1))造成更大的誤差。
            因為實際應(yīng)用更多時候是傳遞小數(shù)值,所以補建議加補償!
            ****/
            for(;t>0;t--)
            for(j=6245;j>0;j--)
            ;
            }
            我編譯了下,傳了些參數(shù),并看了匯編代碼,觀察記錄了下面的數(shù)據(jù):
            delay_50ms(1):延時50 010 10us
            delay_50ms(10):延時499 983 17us
            delay_50ms(100):延時4 999 713 287us
            delay_50ms(1000):延時4 997 022 2.978ms

            赫赫,延時50s,誤差僅僅2.978ms,可以接受!

            上面程序沒有才用long,也沒采用3層以上的循環(huán),而是將延時分拆為兩個程序以提高精度。應(yīng)該是比較好的做法了。



            關(guān)鍵詞: C51精確延

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