單片機(jī)延時(shí)的兩種實(shí)現(xiàn)方式

最長的延時(shí)時(shí)間可達(dá)216=65536 μs。若定時(shí)器工作在方式2，則可實(shí)現(xiàn)極短時(shí)間的精確延時(shí)；如使用其他定時(shí)方式，則要考慮重裝定時(shí)初值的時(shí)間（重裝定時(shí)器初值占用2個(gè)機(jī)器周期）。

在實(shí)際應(yīng)用中，定時(shí)常采用中斷方式，如進(jìn)行適當(dāng)?shù)难h(huán)可實(shí)現(xiàn)幾秒甚至更長時(shí)間的延時(shí)。使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器延時(shí)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(huì)自動(dòng)加上PUSH ACC、PUSH PSW、POP PSW和POP ACC語句，執(zhí)行時(shí)占用了4個(gè)機(jī)器周期；如程序中還有計(jì)數(shù)值加1語句，則又會(huì)占用1個(gè)機(jī)器周期。這些語句所消耗的時(shí)間在計(jì)算定時(shí)初值時(shí)要考慮進(jìn)去，從初值中減去以達(dá)到最小誤差的目的。

02

軟件延時(shí)與時(shí)間計(jì)算

在很多情況下，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器經(jīng)常被用作其他用途，這時(shí)候就只能用軟件方法延時(shí)。下面介紹幾種軟件延時(shí)的方法。

短暫延時(shí)

可以在C文件中通過使用帶_NOP_( )語句的函數(shù)實(shí)現(xiàn)，定義一系列不同的延時(shí)函數(shù)，如Delay10us( )、Delay25us( )、Delay40us( )等存放在一個(gè)自定義的C文件中，需要時(shí)在主程序中直接調(diào)用。如延時(shí)10μs的延時(shí)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(gè)_NOP_( )語句，每個(gè)語句執(zhí)行時(shí)間為1μs。主函數(shù)調(diào)用Delay10us( )時(shí)，先執(zhí)行一個(gè)LCALL指令(2μs)，然后執(zhí)行6個(gè)_NOP_( )語句(6μs)，最后執(zhí)行了一個(gè)RET指令(2μs)，所以執(zhí)行上述函數(shù)時(shí)共需要10μs?！　?/p>

可以把這一函數(shù)當(dāng)作基本延時(shí)函數(shù)，在其他函數(shù)中調(diào)用，即嵌套調(diào)用[4]，以實(shí)現(xiàn)較長時(shí)間的延時(shí)；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(shí)時(shí)間將是42μs，而不是40μs。

這是因?yàn)閳?zhí)行Delay40us( )時(shí)，先執(zhí)行了一次LCALL指令(2μs)，然后開始執(zhí)行第一個(gè)Delay10us( )，執(zhí)行完最后一個(gè)Delay10us( )時(shí)，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(2μs)，然后執(zhí)行兩次Delay40us( )函數(shù)(84μs)，所以，實(shí)際延時(shí)時(shí)間為86μs。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(jí)函數(shù)或主函數(shù)。如在Delay80μs( )中直接調(diào)用8次Delay10us( )，此時(shí)的延時(shí)時(shí)間為82μs。通過修改基本延時(shí)函數(shù)和適當(dāng)?shù)慕M合調(diào)用，上述方法可以實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間的延時(shí)。

在C51中嵌套匯編程序段實(shí)現(xiàn)延時(shí)

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(shí)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(shí)參數(shù)和函數(shù)返回值位于R7、R7R6、R7R6R5中。在應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

· #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(shí)，編譯系統(tǒng)并不輸出目標(biāo)模塊，而只輸出匯編源文件；

· asm只能用小寫字母，如果把a(bǔ)sm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(jī)開發(fā)人員的最佳選擇。

使用示波器確定延時(shí)時(shí)間

利用示波器來測定延時(shí)程序執(zhí)行時(shí)間。方法如下：編寫一個(gè)實(shí)現(xiàn)延時(shí)的函數(shù)，在該函數(shù)的開始置某個(gè)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(shí)函數(shù)，通過示波器測量P1.0引腳上的高電平時(shí)間即可確定延時(shí)函數(shù)的執(zhí)行時(shí)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;i<2;i++)

{

for(j=0;j<124;j++){;}

}

T_point = 0;

for(i=0;i<1;i++)

{

for(j=0;j<124;j++){;}

}

}

}

void main (void) {

Dly1ms();

}

把P1.0接入示波器，運(yùn)行上面的程序，可以看到P1.0輸出的波形為周期是3ms的方波。其中，高電平為2ms，低電平為1ms，即for循環(huán)結(jié)構(gòu)“for(j=0;j<124;j++) {;}”的執(zhí)行時(shí)間為1ms。通過改變循環(huán)次數(shù)，可得到不同時(shí)間的延時(shí)。當(dāng)然，也可以不用for循環(huán)而用別的語句實(shí)現(xiàn)延時(shí)。這里討論的只是確定延時(shí)的方法。

使用反匯編工具計(jì)算延時(shí)時(shí)間

用Keil C51中的反匯編工具計(jì)算延時(shí)時(shí)間，在反匯編窗口中可用源程序和匯編程序的混合代碼或匯編代碼顯示目標(biāo)應(yīng)用程序。為了說明這種方法，還使用：

for (i=0;i

C:0x000FE4CLRA//1T

C:0x0010FEMOVR6,A//1T

C:0x0011EEMOVA,R6//1T

C:0x0012C3CLRC//1T

C:0x00139FSUBBA,DlyT //1T

C:0x00145003JNCC:0019//2T

C:0x00160E INCR6//1T

C:0x001780F8SJMPC:0011//2T

可以看出，0x000F～0x0017一共8條語句，分析語句可以發(fā)現(xiàn)并不是每條語句都執(zhí)行DlyT次。核心循環(huán)只有0x0011~0x0017共6條語句，總共8個(gè)機(jī)器周期，第1次循環(huán)先執(zhí)行“CLR A”和“MOV R6，A”兩條語句，需要2個(gè)機(jī)器周期，每循環(huán)1次需要8個(gè)機(jī)器周期，但最后1次循環(huán)需要5個(gè)機(jī)器周期。DlyT次核心循環(huán)語句消耗(2+DlyT×8+5)個(gè)機(jī)器周期，當(dāng)系統(tǒng)采用12MHz時(shí)，精度為7μs。

當(dāng)采用while (DlyT--)循環(huán)體時(shí)，DlyT的值存放在R7中。相對應(yīng)的匯編代碼如下：

C:0x000FAE07MOVR6, R7//1T

C:0x00111F DECR7//1T

C:0x0012EE MOVA,R6//1T

C:0x001370FAJNZC:000F//2T

循環(huán)語句執(zhí)行的時(shí)間為(DlyT+1)×5個(gè)機(jī)器周期，即這種循環(huán)結(jié)構(gòu)的延時(shí)精度為5μs。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如將while (DlyT--)改為while (--DlyT)，經(jīng)過反匯編后得到如下代碼：

C:0x0014DFFE DJNZR7,C:0014//2T

可以看出，這時(shí)代碼只有1句，共占用2個(gè)機(jī)器周期，精度達(dá)到2μs，循環(huán)體耗時(shí)DlyT×2個(gè)機(jī)器周期；但這時(shí)應(yīng)該注意，DlyT初始值不能為0。

注意：計(jì)算時(shí)間時(shí)還應(yīng)加上函數(shù)調(diào)用和函數(shù)返回各2個(gè)機(jī)器周期時(shí)間。

舉例程序段落

系統(tǒng)頻率：6MHz

Delay: MOV R5,#25 ；5ms延時(shí) —— MOV指令占用1機(jī)器周期時(shí)間

Delay1: MOV R6,#200 ；200ms延時(shí)

Delay2: MOV R7,#166 ；1ms延時(shí)常數(shù)

Delay3: NOP ；空指令，什么都不做，停留1機(jī)器周期時(shí)間

DJNZ R7,Delay3 ；R7減1賦值給R7，如果此時(shí)R7不等于零，轉(zhuǎn)到Delay3執(zhí)行。—— 2機(jī)器周期時(shí)間

DJNZ R6,Delay2

DJNZ R5,Delay1

解析如下：

· 首先計(jì)算機(jī)器周期T=12*1/f=2μs。

· 注意DJNZ R7,Delay3每執(zhí)行1次需要占用NOP的時(shí)間和DJNZ本身的時(shí)間共3個(gè)機(jī)器周期。6μs。那么1ms的時(shí)間需要1ms*1000/6μs=166.67，取166。

· 注意DJNZ R6,Delay2是在166次循環(huán)后執(zhí)行1次的(時(shí)間為MOV機(jī)器周期+本身機(jī)器周期，3*2=6μs)，直到166*200次后，R6=0，才執(zhí)行DJNZ R5,Delay1。

· DJNZ R5,Delay1是在R5不為0的時(shí)候循環(huán)回去。時(shí)間也為6μs。

· 時(shí)間總計(jì)：166*200*25*6μs+200*25*6μs+25*6μs=5010150μs，合計(jì)5.01015ms(編程的人都遇到過類似的潛逃循環(huán)，此程序忽略了執(zhí)行MOV的時(shí)間，只計(jì)算了循環(huán)所用時(shí)間，即166*200*25*6/1000000=4.98ms，近似5ms)。

程序改進(jìn)：去掉NOP命令，整數(shù)化1ms需要的延時(shí)常數(shù)。

Delay: MOV R5,#25 ；5ms延時(shí) —— MOV指令占用1機(jī)器周期時(shí)間

Delay1: MOV R6,#200 ；200ms延時(shí)

Delay2: MOV R7,#250 ；1ms延時(shí)常數(shù)

Delay3: ;NOP ；空指令，什么都不做，停留1機(jī)器周期時(shí)間

DJNZ R7,Delay3 ；R7減1賦值給R7,如果此時(shí)R7不等于零，轉(zhuǎn)到Delay3執(zhí)行。—— 2機(jī)器周期時(shí)間

DJNZ R6,Delay2

DJNZ R5,Delay1

此時(shí)時(shí)間總計(jì)：250*200*25*4μs+200*25*6μs+25*6μs=5030150μs。時(shí)間占用誤差反而比未改進(jìn)的時(shí)候大，可修正，將R7-30150/(25*200*4)=248(因?yàn)镽7=250循環(huán)1次占用2個(gè)機(jī)器周期，4μs，計(jì)算等于R7-1.5075,將時(shí)間減小到小于5ms，剩余時(shí)間另補(bǔ)，取248)。則：

時(shí)間總計(jì)：

248*200*25*4μs+200*25*6μs+25*6μs=4990150μs，

需要補(bǔ)：

5000000-4990150=9850μs，9850/2=4925機(jī)器周期。

補(bǔ)一個(gè)MOV R4,#200，4個(gè)NOP，還需4920機(jī)器周期，將其約分，得到24*205=4920。

如何建立函數(shù)根據(jù)實(shí)際代碼調(diào)整，如下：

Delay: MOV R5,#25 ；5ms延時(shí) —— MOV指令占用1機(jī)器周期時(shí)間

Delay1: MOV R6,#200 ；200ms延時(shí)

Delay2: MOV R7,#250 ；1ms延時(shí)常數(shù)

Delay3: ;NOP ；空指令，什么都不做，停留1機(jī)器周期時(shí)間

DJNZ R7,Delay3 ；R7減1賦值給R7,如果此時(shí)R7不等于零，轉(zhuǎn)到Delay3執(zhí)行?！?2機(jī)器周期時(shí)間

DJNZ R6,Delay2

DJNZ R5,Delay1

NOP

NOP

NOPNOPMOV R3,#6

Delayadd: MOV R4,#205

MOV R2,#0H

DJNZ R3,Delayadd

解析205*24調(diào)整為205*6 —— 這是因?yàn)镈elay循環(huán)為4機(jī)器周期代碼，因此將24/4=6。

請計(jì)算：205*6*4=4920;4920+5=4925。時(shí)間補(bǔ)充正好。

此時(shí)時(shí)間計(jì)算：

248*200*25*4μs+200*25*6μs+25*6μs=4990150μs+4925*2μs=5000000μs合計(jì)5ms。

理論上1μs都不差(僅為科學(xué)探討，具體晶振頻率的誤差多大作者并不明確)。