使用Keil C进行51单片机延时程序编写的几点心得

wilson123 2014-08-25 28787

控制/MCU

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描述

　　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。

　　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：

　　void delay1（unsigned char i）

　　{

　　while（i--）;

　　}

　　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：

　　; 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）

　　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：

　　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。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）。

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