KeilC51程序设计中几种精确延时方法

Keil C51程序设计中几种精确延时方法

2008-04-03 08:48

实现延时通常有两种方法：一种是硬件延时，要用到定时器/计数器，这种方法可以提高CPU的工作效率，也能做到精确延时；另一种是软件延时，这种方法主要采用循环体进行。

1 使用定时器/计数器实现精确延时

单片机系统一般常选用11.059 2 MHz、12 MHz或6 MHz晶振。第一种更容易产生各种标准的波特率，后两种的一个机器周期分别为1 μs和2 μs，便于精确延时。本程序中假设使用频率为12 MHz的晶振。最长的延时时间可达216=65 536 μs。若定时器工作在方式2，则可实现极短时间的精确延时；如使用其他定时方式，则要考虑重装定时初值的时间（重装定时器初值占用2个机器周期）。

在实际应用中，定时常采用中断方式，如进行适当的循环可实现几秒甚至更长时间的延时。使用定时器/计数器延时从程序的执行效率和稳定性两方面考虑都是最佳的方案。但应该注意，C51编写的中断服务程序编译后会自动加上PUSH ACC、PUSH PSW、POP PSW和POP ACC语句，执行时占用了4个机器周期；如程序中还有计数值加1语句，则又会占用1个机器周期。这些语句所消耗的时间在计算定时初值时要考虑进去，从初值中减去以达到最小误差的目的。

2 软件延时与时间计算

在很多情况下，定时器/计数器经常被用作其他用途，这时候就只能用软件方法延时。下面介绍几种软件延时的方法。

2.1 短暂延时

可以在C文件中通过使用带_NOP_( )语句的函数实现，定义一系列不同的延时函数，如Delay10us( )、Delay25us( )、Delay40us( )等存放在一个自定义的C文件中，需要时在主程序中直接调用。如延时10 μs 的延时函数可编写如下：

void Delay10us( ) {

_NOP_( );

_NOP_( );

_NOP_( )

_NOP_( );

_NOP_( );

_NOP_( );

}

Delay10us( )函数中共用了6个_NOP_( )语句，每个语句执行时间为1 μs。主函数调用Delay10us( )时，先执行一个LCALL指令（2 μs），然后执行6个_NOP_( )语句（6 μs），最后执行了一个RET指令（2 μs），所以执行上述函数时共需要10 μs。可以把这一函数当作基本延时函数，在其他函数中调用，即嵌套调用\[4\]，以实现较长时间的延时；但需要注意，如在Delay40us( )中直接调用4次Delay10us( )函数，得到的延时时间将是42 μs，而不是40 μs。这是因为执行Delay40us( )时，先执行了一次LCALL 指令（2 μs），然后开始执行第一个Delay10us( )，执行完最后一个Delay10us( )时，直接返回到主程序。依此类推，如果是两层嵌套调用，如在Delay80us( )中两次调用Delay40us( )，则也要先执行一次LCALL指令（2 μs），然后执行两次Delay40us( )函数（84 μs），所以，实际延时时间为86 μs。简言之，只有最内层的函数执行RET指令。该指令直接返回到上级函数或主函数。如在Delay80μs( )中直接调用8次Delay10us( )，此时的延时时间为82 μs。通过修改基本延时函数和适当的组合调用，上述方法可以实现不同时间的延时。

2.2 在C51中嵌套汇编程序段实现延时

在C51中通过预处理指令#pragma asm和#pragma endasm可以嵌套汇编语言语句。用户编写的汇编语言紧跟在#pragma asm之后，在#pragma endasm之前结束。

如：#pragma asm

…

汇编语言程序段

…

#pragma endasm

延时函数可设置入口参数，可将参数定义为unsigned char、int或long型。根据参数与返回值的传递规则，这时参数和函数返回值位于R7、R7R6、R7R6R5中。在应用时应注意以下几点：

◆ #pragma asm、#pragma endasm不允许嵌套使用；

◆ 在程序的开头应加上预处理指令#pragma asm，在该指令之前只能有注释或其他预处理指令；

◆ 当使用asm语句时，编译系统并不输出目标模块，而只输出汇编源文件；

◆ asm只能用小写字母，如果把asm写成大写，编译系统就把它作为普通变量；

◆ #pragma asm、#pragma endasm和 asm只能在函数内使用。

2.3 使用示波器确定延时时间

熟悉硬件的开发人员，也可以利用示波器来测定延时程序执行时间。方法如下：编写一个实现延时的函数，在该函数的开始置某个I/O口线如P1.0为高电平，在函数的最后清P1.0为低电平。在主程序中循环调用该延时函数，通过示波器测量P1.0引脚上的高电平时间即可确定延时函数的执行时间。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，运行上面的程序，可以看到P1.0输出的波形为周期是3 ms的方波。其中，高电平为2 ms，低电平为1 ms，即for循环结构“for(j=0;j<124;j++) {;}”的执行时间为1 ms。通过改变循环次数，可得到不同时间的延时。当然，也可以不用for循环而用别的语句实现延时。这里讨论的只是

确定延时的方法。

2.4 使用反汇编工具计算延时时间

对于不熟悉示波器的开发人员可用Keil C51中的反汇编工具计算延时时间，在反汇编窗口中可用源程序和汇编程序的混合代码或汇编代码显示目标应用程序。为了说明这种方法，还使用“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条语句，分析语句可以发现并不是每条语句都执行DlyT次。核心循环只有0x0011~0x0017共6条语句，总共8个机器周期，第1次循环先执行“CLR A”和“MOV R6，A”两条语句，需要2个机器周期，每循环1次需要8个机器周期，但最后1次循环需要5个机器周期。DlyT 次核心循环语句消耗（2+DlyT×8+5）个机器周期，当系统采用12 MHz时，精度为7 μs。

当采用while (DlyT--)循环体时，DlyT的值存放在R7中。相对应的汇编代码如下：

C:0x000FAE07MOVR6, R7//1T

C:0x00111F DECR7//1T

C:0x0012EE MOVA,R6//1T

C:0x001370FAJNZC:000F//2T

循环语句执行的时间为（DlyT+1）×5个机器周期，即这种循环结构的延时精度为5 μs。

通过实验发现，如将while (DlyT--)改为while (--DlyT)，经过反汇编后得到如下代码：

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

可以看出，这时代码只有1句，共占用2个机器周期，精度达到2 μs，循环体耗时DlyT×2个机器周期；但这时应该注意，DlyT初始值不能为0。

这3种循环结构的延时与循环次数的关系如表1所列。

表1 循环次数与延时时间关系单位：μs

注意：计算时间时还应加上函数调用和函数返回各2个机器周期时间。

2.5 使用性能分析器计算延时时间

很多C程序员可能对汇编语言不太熟悉，特别是每个指令执行的时间是很难记忆的，因此，再给出一种使用Keil C51的性能分析器计算延时时间的方法。这里还以前面介绍的for (i=0;i<124;i++)结构为例。使用这种方法时，必须先设置系统所用的晶振频率，选择Options for target中的target选项，在Xtal(MHz)中填入所用晶振的频率。将程序编译后，分别在_point = 1和T_point = 0处设置两个运行断点。选择start/stop debug session按钮进入程序调试窗口，分别打开Performance Analyzer window和Disassembly window。运行程序前，要首先将程序复位，计时器清零；然后按F5键运行程序，从程序效率评估窗口的下部分可以看到程序到了第一个断点，也就是所要算的程序段的开始处，用了389 μs；再按F5键，程序到了第2个断点处也就是所要算的程序段的结束处，此时时间为1 386 μs。最后用结束处的时间减去开始处时间，就得到循环程序段所占用的时间为997 μs。

当然也可以不用打开Performance Analyzer window，这时观察左边工具栏秒（SEC）项。全速运行时，时间不变，只有当程序运行到断点处，才显示运行所用的时间。

3 总结

本文介绍了多种实现并计算延时程序执行时间的方法。使用定时器进行延时是最佳的选择，可以提高MCU工作效率，在无法使用定时器而又需要实现比较精确的延时时，后面介绍的几种方法可以实现不等时间的延时：使用自定义头文件的优点是，可实现任意时间长短的延时，并减少主程序的代码长度，便于对程序的阅读理解和维护。编写延时程序是一项很麻烦的任务，可能需要多次修改才能满足要求。掌握延时程序的编写，能够使程序准确得以执行，这对项目开发有着重要的意义。本文所讨论的几种方法，都是来源于实际项目的开发经验，有着很好的实用性和适应性

5分钟的延时

2008-04-03 15:56

#include

#include

unsigned int idata i=0;

unsigned char idata go=0;

unsigned char idata section=0; //板水平为0，垂直为1

unsigned char idata ii=0; //ii作为标志，如果等于1的时候，说明定时器0的中断是为电机转的时间长短服务的

#define stop P12=0;

void delay(unsigned int a);

void round(void);

void main(void)

{

TMOD = 0x01;//定时器0 方式2

TF0=0;

TH0=0xEC;//延时100MS 算法：(2^16-x)*2*10^-6 = 100*10^-3

TL0=0x78;/// 2为机器周

期需要的时间为 100*10^-3

ET0=1;

TR0=1;

EA =1;

go=0;

while(1)

{

if (go==1)

{

round();

go=0;

}

}

}

void time1(void) interrupt 1 using 0

{

TF0=0;//定时器2必须软件清0

TR0=0;

TH0=0xEC;//延时100MS 算法：(2^16-x)*2*10^-6 = 100*10^-3

TL0=0x78;

TR0=1;

i++;

if(ii==0)

{

if (i==3000)

{

i=0;

go=1;

TR0=0;

}

}

else

{

if(i==40)//暂时定为40秒

stop;

TR0=0;

}

}

void round(void)

{

if(section== 0) //设光偶有信号的时候为水平，

{

P12=1; //开始转动

ii=1;

TR0=1; //启动定时器开始计时

}

}

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51单片机Keil C延时

2008-04-03 08:36

void delay1(unsigned char i)

{

while(--i);

}

心不在焉的编译，看源码：

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：

i delay time/us

1 5

2 7

3 9 ...

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。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：

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

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。

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：mov r0, #09h

loop: djnz r0, loop

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。

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。

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：

void delay2(unsigned char i)

{

for(; i != 0; i--);

}

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：

; 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：

i delay time/us

0 6

1 12

2 18

...

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：

void delay2(unsigned char i)

{

unsigned char a;

for(a = i; a != 0; a--);

}

可能有人认为这会生成更长的汇编代码来，但是事实证明：

; 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：

void delay2(unsigned long i)

{

for(; i != 0; i--);

}

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：

; 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，这倒是的确可以延迟很长时间~~~但是毫无精度可言了。

C51编程:while(--i); 的延迟时间计算

void Delay(unsigned int i)

{

while(--i);

}

函数的延迟时间如何计算?

这种方法只能算个大概，使用时可能很不准确。

这种方法延迟时间与CPU的晶振频率、编译好以后汇编指令数目以及运行时其他任务（如中断）的影响有关。很难算准，只能算个大概。建议必要用这种方法来实现延迟。

1、很难算准循环时间，因为同样的C代码，在不同的优化等级和编译模式下编译出来的汇编

语句是不同的。所以很难算准每次循环的时间。

2、这种方法效率极低。在延迟的时间内，CPU只是不停地在循环，而无法作任何其他事情。

3、如果系统中有中断，则会导致这种延迟方式完全失去精度。因为中断会插入到循环运行中。

4、所以建议是用定时器中断来实现定时任务。对于长时间定时，要注意是否会出现定时器

溢出。如果会发生溢出，则要计算出定时器从0到溢出过程的次数和最后一次定时的余数，就可以实现任意长度的定时了。

51单片机 Keil C 延时程序的简单研究

void delay2(unsigned char i)

{

while(--i);

}

分析：假设外挂12M（之后都是在这基础上讨论）

我编译了下，传了些参数，并看了汇编代码，观察记录了下面的数据：

delay2(0):延时518us 518-2*256=6

delay2(1):延时7us（原帖写“5us”是错的，^_^）

delay2(10):延时25us 25-20=5

delay2(20):延时45us 45-40=5

delay2(100):延时205us 205-200=5

delay2(200):延时405us 405-400=5

见上可得可调度为2us，而最大误差为6us。

精度是很高了！

但这个程序的最大延时是为518us,显然不能满足实际需要，因为很多时候需要延迟比较长

的时间。

那么，接下来讨论将t分配为两个字节，即uint型的时候，会出现什么情况。

void delay8(uint t)

{

while(--t);

}

我编译了下，传了些参数，并看了汇编代码，观察记录了下面的数据：

delay8(0):延时524551us 524551-8*65536=263

delay8(1):延时15us

delay8(10):延时85us 85-80=5

delay8(100):延时806us 806-800=6

delay8(1000):延时8009us 8009-8000=9

delay8(10000):延时80045us 80045-8000=45

delay8(65535):延时524542us 524542-524280=262

如果把这个程序的可调度看为8us，那么最大误差为263us，但这个延时程序还是不能满足

要求的，因为延时最大为524.551ms。

那么用ulong t呢？

一定很恐怖，不用看编译后的汇编代码了。。。

那么如何得到比较小的可调度，可调范围大，并占用比较少得RAM呢？请看下面的程序：

/*------------------------------------------------------------------

函数全称：50us 延时

注意事项：基于1MIPS，A T89系列对应12M晶振，W77、W78系列对应3M晶振

例子提示：调用delay_50us（20），得到1ms延时

输入：

返回：无

------------------------------------------------------------------*/

void delay_50us(uint t)

{

uchar j;

for(;t>0;t--)

for(j=19;j>0;j--)

；

}

我编译了下，传了些参数，并看了汇编代码，观察记录了下面的数据：

delay_50us(1):延时63us 63-50=13

delay_50us(10):延时513us 503-500=13

delay_50us(100):延时5013us 5013-5000=13

delay_50us(1000):延时50022us 50022-50000=22

赫赫，延时50ms，误差仅仅22us，作为C语言已经是可以接受了。再说要求再精确的话，就算是用汇编也得改用定时器了。

/*------------------------------------------------------------------

函数全称：50ms 延时

注意事项：基于1MIPS，A T89系列对应12M晶振，W77、W78系列对应3M晶振

例子提示：调用delay_50ms（20），得到1s延时

全局变量：无

返回：无

------------------------------------------------------------------*/

void delay_50ms(uint t)

{

uint j;

for(;t>0;t--)

for(j=6245;j>0;j--)

；

}

我编译了下，传了些参数，并看了汇编代码，观察记录了下面的数据：

delay_50ms(1):延时50 010 10us

delay_50ms(10):延时499 983 17us

delay_50ms(100):延时4 999 713 287us

delay_50ms(1000):延时4 997 022 2.978ms

赫赫，延时50s，误差仅仅2.978ms，可以接受！

上面程序没有采用long，也没采用3层以上的循环，而是将延时分拆为两个程序以提高精度。应该是比较好的做法了。

如果想要得到更高精度的延时，可以这么做：

void delay_50us(uint t)

{

uchar j;

if(t>255)

{

针对性给于延时补偿；

}

if(t<255)

{

针对性给于延时补偿；

}

for(;t>0;t--)

for(j=18;j>0;j--) //根据实际，将原来19改为18或者更小

;

}

void delay_50ms(uint t)

{

uint j;

if(t>...)

{

针对性给于延时补偿；

}

if(t>...)

{

针对性给于延时补偿；

}

if(t>...)

{

针对性给于延时补偿；

}

......

......

for(;t>0;t--)

for(j=6244;j>0;j--) //根据实际，将原来6245改为6244或者更小;

}