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          關(guān)于C51精確延時(shí)問(wèn)題

          作者: 時(shí)間:2016-11-19 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          一些朋友提出使用C語(yǔ)言編寫(xiě)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(yǔ)言最終要編譯成匯編語(yǔ)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(jiǎn)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(yǔ)言寫(xiě)單片機(jī)程序的時(shí)候,這個(gè)問(wèn)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(zhǎng)時(shí)間,可以使用兩層嵌套。而且精度可以達(dá)到2us,一般來(lái)說(shuō),這已經(jīng)足夠了。
          現(xiàn)在,應(yīng)用更廣泛的毫無(wú)疑問(wèn)是Keil的C編譯器。相對(duì)匯編來(lái)說(shuō),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(jué)得這是C的唯一一個(gè)缺點(diǎn)了)就是實(shí)時(shí)性沒(méi)有保證,無(wú)法預(yù)測(cè)代碼執(zhí)行的指令周期。因而在實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)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(lái)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(yǔ)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(yǔ)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(lái):
          ; 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(yǔ)句,就需要6個(gè)機(jī)器周期。也就是說(shuō),它的精度頂多也就是6us而已,這還沒(méi)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(zhǎng)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(xiě)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(zhǎng)的匯編代碼來(lái),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(guò)這的確不是什么好的習(xí)慣。因?yàn)檫@里實(shí)在沒(méi)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(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)間~~~但是毫無(wú)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(jiǎn)潔的C代碼往往也能得出越簡(jiǎn)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(lái)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(shuō)生成的代碼跟用for語(yǔ)句是不大一樣,不過(guò)我可以毫無(wú)疑問(wèn)的說(shuō),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(lái)源程序還有什么簡(jiǎn)化的余地??磥?lái)我就要得出來(lái)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(yǔ)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(lái),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(yǔ)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(guò)恰當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)法運(yùn)用,讓生成的C代碼達(dá)到最優(yōu)化。即使這看起來(lái)不大可能,但還是有一些簡(jiǎn)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(jiǎn)潔的代碼,因?yàn)榘凑战?jīng)驗(yàn),簡(jiǎn)潔的C代碼往往可以生成簡(jiǎn)潔的目標(biāo)代碼(雖說(shuō)不是在所有的情況下都成立)。5...想不起來(lái)了,哦呵~~~
          51單片機(jī) Keil C 延時(shí)程序的再次研究!

          作者: SEE 來(lái)源:www.waveshare.net
          上文是延時(shí)程序的簡(jiǎn)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(xiě)“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(jiàn)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(zhǎng)的時(shí)間。

          那么,接下來(lái)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(wú)
          ------------------------------------------------------------------*/
          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(yǔ)言已經(jīng)是可以接受了。再說(shuō)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(wú)
          返回: 無(wú)
          ------------------------------------------------------------------*/
          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(méi)有采用long,也沒(méi)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(lái)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(lái)6245改為6244或者更小
          ;
          }



          關(guān)鍵詞: C51精確延

          評(píng)論


          技術(shù)專區(qū)

          關(guān)閉
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