關(guān)于C51精確延時(shí)問題
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一些朋友提出使用C語言編寫51單片機(jī)延時(shí)程序的精度不夠，事實(shí)上的確如此，由于C語言最終要編譯成匯編語言運(yùn)行，因此，匯編程序會(huì)很大，從而影響到延時(shí)的精度，在此，貼出一些網(wǎng)上資料供大家參考借鑒。 以下位轉(zhuǎn)載內(nèi)容： 51單片機(jī) Keil C 延時(shí)程序的簡單研究 by: InfiniteSpace Studio/isjfk, 1.21.2004 任何人都可以在注明原作者和出處的前提下隨意轉(zhuǎn)載這篇文章，但不得用于商業(yè)目的。 應(yīng)用單片機(jī)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)遇到需要短時(shí)間延時(shí)的情況。需要的延時(shí)時(shí)間很短，一般都是幾十到幾百微妙(us)。有時(shí)候還需要很高的精度，比如用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)DS18B20的時(shí)候，誤差容許的范圍在十幾u(yù)s以內(nèi)，不然很容易出錯(cuò)。這種情況下，用計(jì)時(shí)器往往有點(diǎn)小題大做。而在極端的情況下，計(jì)時(shí)器甚至已經(jīng)全部派上了別的用途。這時(shí)就需要我們另想別的辦法了。 以前用匯編語言寫單片機(jī)程序的時(shí)候，這個(gè)問題還是相對(duì)容易解決的。比如用的是12MHz晶振的51，打算延時(shí)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(jī)的指令周期是晶振頻率的1/12，也就是1us一個(gè)周期。mov r0, #09h需要2個(gè)極其周期，djnz也需要2個(gè)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(shí)現(xiàn)256us以下時(shí)間的延時(shí)。如果需要更長時(shí)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(duì)匯編來說，C固然有很多優(yōu)點(diǎn)，比如程序易維護(hù)，便于理解，適合大的項(xiàng)目。但缺點(diǎn)（我覺得這是C的唯一一個(gè)缺點(diǎn)了）就是實(shí)時(shí)性沒有保證，無法預(yù)測代碼執(zhí)行的指令周期。因而在實(shí)時(shí)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(gè)延時(shí)程序，也需要用匯編來實(shí)現(xiàn)呢？為了找到這個(gè)答案，我做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。 用C語言實(shí)現(xiàn)延時(shí)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(gè)延時(shí)程序是多么的不準(zhǔn)點(diǎn)~~~光看主要的那四條語句，就需要6個(gè)機(jī)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(shí)賦的i值根延時(shí)長度列一個(gè)表的話，就是： i delay time/us 0 6 1 12 2 18 ... 因?yàn)楹瘮?shù)的調(diào)用需要2個(gè)時(shí)鐘周期的lcall，所以delay time比從函數(shù)代碼的執(zhí)行時(shí)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(huì)生成更長的匯編代碼來，但是事實(shí)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?yàn)檫@里實(shí)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(shí)，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(shí)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) ，這倒是的確可以延遲很長時(shí)間~~~但是毫無精度可言了。 那么，用C到底能不能實(shí)現(xiàn)精確的延時(shí)呢？我把代碼稍微改了一下： void delay1(unsigned char i) { while(i--); } 因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)，越簡潔的C代碼往往也能得出越簡潔的機(jī)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?yàn)槲覍?shí)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(gè)結(jié)論了：“如果需要us級(jí)的延時(shí)精度，需要時(shí)用匯編語言。”但是真的是這樣嗎？我還是不甘心。因?yàn)槲也幌嘈糯竺ΧΦ?Keil C 編譯器居然連 djnz 都不會(huì)用？？？因?yàn)閷?shí)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~~~），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(gè)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(gè)表格的話： i delay time/us 1 5 2 7 3 9 ... 計(jì)算延時(shí)時(shí)間時(shí)，已經(jīng)算上了調(diào)用函數(shù)的lcall語句所花的2個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間。 終于，結(jié)果已經(jīng)明了了。只要合理的運(yùn)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(shí)如果對(duì)Keil C的編譯原理有一個(gè)較深入的理解，是可以通過恰當(dāng)?shù)恼Z法運(yùn)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(shí)在不夠用再用int，然后才是long。3.如果有可能，不要用浮點(diǎn)型。4.使用簡潔的代碼，因?yàn)榘凑战?jīng)驗(yàn)，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~~~ |
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| 51單片機(jī) Keil C 延時(shí)程序的再次研究！ 作者： SEE 來源：www.waveshare.net 上文是延時(shí)程序的簡單研究，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(shí)518us 518-2*256=6 delay2(1):延時(shí)7us（原帖寫“5us”是錯(cuò)的，^_^） delay2(10):延時(shí)25us 25-20=5 delay2(20):延時(shí)45us 45-40=5 delay2(100):延時(shí)205us 205-200=5 delay2(200):延時(shí)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(gè)程序的最大延時(shí)是為518us,顯然不能滿足實(shí)際需要，因?yàn)楹芏鄷r(shí)候需要延遲比較長的時(shí)間。 那么，接下來討論將t分配為兩個(gè)字節(jié)，即uint型的時(shí)候，會(huì)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(shí)524551us 524551-8*65536=263 delay8(1):延時(shí)15us delay8(10):延時(shí)85us 85-80=5 delay8(100):延時(shí)806us 806-800=6 delay8(1000):延時(shí)8009us 8009-8000=9 delay8(10000):延時(shí)80045us 80045-8000=45 delay8(65535):延時(shí)524542us 524542-524280=262 如果把這個(gè)程序的可調(diào)度看為8us，那么最大誤差為263us，但這個(gè)延時(shí)程序還是不能滿足要求的，因?yàn)檠訒r(shí)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(qǐng)看下面的程序： /*------------------------------------------------------------------ 函數(shù)全稱：50us 延時(shí) 注意事項(xiàng)：基于1MIPS，AT89系列對(duì)應(yīng)12M晶振，W77、W78系列對(duì)應(yīng)3M晶振 例子提示：調(diào)用delay_50us（20），得到1ms延時(shí) 輸 入： 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(shí)63us 63-50=13 delay_50us(10):延時(shí)513us 503-500=13 delay_50us(100):延時(shí)5013us 5013-5000=13 delay_50us(1000):延時(shí)50022us 50022-50000=22 赫赫，延時(shí)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(shí)器了。 /*------------------------------------------------------------------ 函數(shù)全稱：50ms 延時(shí) 注意事項(xiàng)：基于1MIPS，AT89系列對(duì)應(yīng)12M晶振，W77、W78系列對(duì)應(yīng)3M晶振 例子提示：調(diào)用delay_50ms（20），得到1s延時(shí) 全局變量：無 返回： 無 ------------------------------------------------------------------*/ void delay_50ms(uint t) { uint j; 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(shí)50 010 10us delay_50ms(10):延時(shí)499 983 17us delay_50ms(100):延時(shí)4 999 713 287us delay_50ms(1000):延時(shí)4 997 022 2.978ms 赫赫，延時(shí)50s，誤差僅僅2.978ms，可以接受！ 上面程序沒有采用long，也沒采用3層以上的循環(huán)，而是將延時(shí)分拆為兩個(gè)程序以提高精度。應(yīng)該是比較好的做法了。 如果想要得到更高精度的延時(shí)，可以這么做： void delay_50us(uint t) { uchar j; if(t>255) { 針對(duì)性給于延時(shí)補(bǔ)償； } if(t<255) { 針對(duì)性給于延時(shí)補(bǔ)償； } for(;t>0;t--) for(j=18;j>0;j--) //根據(jù)實(shí)際，將原來19改為18或者更小 ; } void delay_50ms(uint t) { uint j; if(t>…) { 針對(duì)性給于延時(shí)補(bǔ)償； } if(t>…) { 針對(duì)性給于延時(shí)補(bǔ)償； } if(t>…) { 針對(duì)性給于延時(shí)補(bǔ)償； } …… …… for(;t>0;t--) for(j=6244;j>0;j--) //根據(jù)實(shí)際，將原來6245改為6244或者更小 ; } |
評(píng)論