单片机C程序延时精度研讨

　 在单片机运用中，经常会遇到需求短时刻延时的状况，一般都是几十到几百μs，而且需求很高的精度(比方用单片机驱动DS18B20时，差错容许的范围在十几μs以内，否则很简略犯错)；而某些状况下延时时刻较长，用计时器往往有点小题大做。别的在特别状况下，计时器乃至现已悉数用于其他方面的守时处理，此刻就只能运用软件守时了[1]。
1 C言语程序延时
　　Keil C51的编程言语常用的有2种： 一种是汇编言语；另一种是C 言语。用汇编言语写单片机程序时，准确时刻延时是相对简略处理的。比方，用的是晶振频率为12 MHz的AT89C51，计划延时20 μs，51单片机的指令周期是晶振频率的1/12，即一个机器周期为1 μs；“MOV R0,#X”需求2个机器周期，DJNZ也需求2个机器周期，单循环延时时刻t=2X+3(X为装入寄存器R0的时刻常数)[2]。这样，存入R0里的数初始化为8即可，其精度能够到达1 μs。用这种办法，能够十分方便地完结512 μs以下时刻的延时。假如需求更长时刻，能够运用两层或更多层的嵌套，当然其精度差错会跟着嵌套层的添加而成倍添加。
　　尽管汇编言语的机器代码生成功率很高，但可读性却并不强，杂乱一点的程序就更难读懂；而C言语在大多数状况下，其机器代码生成功率和汇编言语适当，但可读性和可移植性却远远超越汇编言语，且C 言语还能够嵌入汇编程序来处理高时效性的代码编写问题。就开发周期而言，中大型软件的编写运用C 言语的开发周期一般要比汇编言语短许多，因而研讨C言语程序的准确延时功用具有重要的含义[3]。
　　C程序中可运用不同类型的变量来进行延时规划。经试验测验，运用unsigned char类型具有比unsigned int更优化的代码，在运用时应该运用unsigned char作为延时变量。
2 单层循环延时精度剖析
　　下面是进行μs级延时的while程序代码。
　　延时函数：
　　void delay1(unsigned char i) {
　　　　while(i );}
　　主函数：
　　void main() {
　　　　while(1) {
　　　　　　delay1(i);
　　　　}
　　}
　　运用Keil C51的反汇编功用，延时函数的汇编代码如下：
　　C:0x00E6AE07MOVR6,0x07
　　C:0x00E81FDECR7
　　C:0x00E9EEMOVA,R6
　　C:0x00EA70FAJNZC:00E6
　　C:0x00EC22RET

图1 断点设置方位图
　　经过对i赋值为10，在主程序中图1所示的方位设置断点。经过测验，第1次履行到断点处的时刻为457 μs，再次履行到该处的时刻为531 μs，第3次履行到断点处的时刻为605 μs，10次while循环的时刻为74 μs，整个测验成果如图2所示。

图2 运用i–办法测验仿真成果图
　　经过对汇编代码剖析，时刻推迟t=7X+4(其间X为i的取值)。测验标明，for循环办法尽管生成的代码与用while句子不大一样，可是这两种办法的功率简直相同。C言语中的自减办法有两种，前面都运用的是i–的办法，能不能运用–i办法来取得不同的作用呢？将前面的主函数坚持不变，delay1函数修改为下面的办法：
　　void delay1(unsigned char i) {
　　　　while(–i);}
　　相同进行反汇编，得到如下成果：
　　C:0x00E3DFFEDJNZR7,
　　C:00E3C:0x00E522RET
　　比较发现，–i的汇编代码功率显着高于i–办法。因为只需1条句子DJNZ，履行只需求2个时钟周期， 1个时钟周期按1 μs核算，其延时精度为2 μs；别的，RET需求2个时钟周期，能够到达汇编言语代码的功率。按前面的测验条件进行测验，第1次履行到断点处的时刻为437 μs，再次履行到该处的时刻为465 μs，第3次履行到断点处的时刻为493 μs，10次while循环的时刻为28 μs，整个测验成果如图3所示。

图3 运用–i办法测验仿真成果图
　　调整i的取值，i取8时延时时刻为24 μs，i取9时延时时刻为26 μs。经过剖析得出，10次循环为28 μs是因为外层循环形成的，其精度能够到达2 μs。在规划时应该考虑参数传递和RET句子履行所需求的时刻周期。试验剖析发现，for句子运用–i办法，相同能够到达与汇编代码相同的精度。i取不同值时延时仿真成果如图4所示。

图4 i取不同值时延时仿真成果图
3 多重嵌套下的C程序延时
　　在某些状况下，延时较长，仅运用单层循环办法是不能完结的。此刻，只能运用多层循环办法，那么多重循环条件下，C程序的精度怎么呢？下面是一个运用for句子完结1 s延时的函数。
　　延时函数
　　void delay1s(void) {
　　　　for(k=100;k>0;k–) //守时1 s
　　　　for(i=20;i>0;i–)
　　　　for(j=248;j>0;j–);
　　}
　　主函数调用延时函数代码段：
　　while(1) {
　　　　delay1s();
　　　　scond+=1;
　　}
　　为了直接衡量这段代码的作用，运用Keil C找出这段代码发生的汇编代码：
　　C:0x00B37002JNZ
　　C:00B7C:0x00B5150CDEC0x0C
　　C:0x00B7E50DMOVA,0x0D
　　C:0x00B9450CORLA,0x0C
　　C:0x00BB70DEJNZC:009B
　　C:0x00BDE50BMOVA,0x0B
　　C:0x00BF150BDEC0x0B
　　C:0x00C17002JNZC:00C5
　　C:0x00C3150ADEC0x0A
　　C:0x00C5E50BMOVA,0x0B
　　C:0x00C7450AORLA,0x0A
　　C:0x00C970CAJNZC:0095
　　C:0x00CB22RET
　　剖析汇编代码，其他汇编代码运用的不是DJNZ跳转办法，而是DEC和JNZ句子来完结循环判别。1条JNZ指令要花费2个时钟周期，3条指令就需求6个机器周期，MOV指令和DEC指令各需求1小时钟周期，1个时钟周期按1 μs算，其精度最多到达8 μs，最终加上一条LCALL和一条RET句子，所以整个延时精度较差[4]。
　　运用Keil C的测验东西，在一处设置一个断点。第1次履行到中止处的时刻为0.000 513 s,第2次履行到中止处的时刻为1.000 922 s,时刻推迟为1.000 409 s，测验成果如图5所示。关于上面的3种循环嵌套,循环次数为100×20×248=496 000,每次循环的时刻约为2 μs。

图5 三重嵌套循环1 s完结时刻测验成果
　　为获取与汇编言语延时的距离，相同进行1 s的延时，程序代码段如下：
　　　　LCALL DELY1S
　　　　INC Second
　　DELY1S:MOV R5,#100
　　D2:MOV R6,#20
　　D1:MOV R7,#248
　　　　DJNZ R7,＄
　　　　DJNZ R6,D1
　　　　DJNZ R5,D2
　　　　RET
　　经过Keil C51测验，其实践推迟时刻为0.997 943 s。尽管C言语完结延时办法的汇编代码杂乱度添加，可是与汇编言语完结的办法功用距离并不大。
4 总结
　　汇编言语在实时性方面具有较大的优越性，尽管运用Keil C51能够在C言语程序中嵌入汇编代码，可是杂乱度显着提高。试验证明，只需合理地运用C言语，在延时编程方面就能够到达与汇编言语附近的精度。为了取得准确的时刻推迟，可经过Keil C东西的仿真功用，调整推迟量，然后得到较抱负的成果。
参考文献
[1] InfiniteSpace Studio/isjfk. 51单片机KeilC延时程序的简略研讨[EB/OL]. http://www.icwin.net/ShowArtitle.ASP?art_id=5564cat_id=33.
[2] 沈舷. 延时程序延时时刻的准确核算.电工技能与自动化[J]. 2005,34(6):152-153,157.
[3] 蹇兴亮.单片机守时中止的准确守时编程办法种种[J].单片机与嵌入式体系运用,2004(8).
[4] 聂毅.单片机守时器中止时刻差错的剖析及补偿[J].微核算机信息，2002,18(4):37-38.