使用Keil C進行51單片機延時程序編寫的幾點心得

　　應用單片機的時候，經常會遇到需要短時間延時的情況。需要的延時時間很短，一般都是幾十到幾百微妙（us）。有時候還需要很高的精度，比如用單片機驅動 DS18B20的時候，誤差容許的范圍在十幾us以內，不然很容易出錯。這種情況下，用計時器往往有點小題大做。而在極端的情況下，計時器甚至已經全部派上了別的用途。這時就需要我們另想別的辦法了。

　　以前用匯編語言寫單片機程序的時候，這個問題還是相對容易解決的。比如用的是12MHz晶振的51，打算延時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 單片機的指令周期是晶振頻率的1/12，也就是1us一個周期。mov r0， #09h需要2個極其周期，djnz也需要2個極其周期。那么存在r0里的數就是（20-2）/2。用這種方法，可以非常方便的實現256us以下時間的延時。如果需要更長時間，可以使用兩層嵌套。而且精度可以達到2us，一般來說，這已經足夠了。

　　現在，應用更廣泛的毫無疑問是Keil的C編譯器。相對匯編來說，C固然有很多優(yōu)點，比如程序易維護，便于理解，適合大的項目。但缺點（我覺得這是C的唯一一個缺點了）就是實時性沒有保證，無法預測代碼執(zhí)行的指令周期。因而在實時性要求高的場合，還需要匯編和C的聯(lián)合應用。但是是不是這樣一個延時程序，也需要用匯編來實現呢？為了找到這個答案，我做了一個實驗。

　　用C語言實現延時程序，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常在網上看到的：

　　void delay2（unsigned char i）

　　{

　　for（; i ！= 0; i--）;

　　}

　　到底這段代碼能達到多高的精度呢？為了直接衡量這段代碼的效果，我把 Keil C 根據這段代碼產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　　?。緾0010

　　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~~~一看才知道這個延時程序是多么的不準點~~~光看主要的那四條語句，就需要6個機器周期。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。如果我們把調用函數時賦的i值根延時長度列一個表的話，就是：

　　i　　delay time/us

　　0　　6

　　1　　12

　　2　　18

　　.....

　　因為函數的調用需要2個時鐘周期的lcall，所以delay time比從函數代碼的執(zhí)行時間多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--）;

　　}

　　可能有人認為這會生成更長的匯編代碼來，但是事實證明：

　　; 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　?。緾0007

　　; 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慣。因為這里實在沒有必要再引入多余的變量。我們繼續(xù)討論正題。有的朋友為了得當更長的延時，甚至用了這樣的代碼：

　　void delay2（unsigned long i）

　　{

　　for（; i ！= 0; i--）;

　　}

　　這段代碼產生的匯編代碼是什么樣子的？其實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）

　　呵呵，這倒是的確可以延遲很長時間~~~但是毫無精度可言了。

　　那么，用C到底能不能實現精確的延時呢？我把代碼稍微改了一下：

　　void delay1（unsigned char i）

　　{

　　while（i--）;

　　}

　　因為根據經驗，越簡潔的C代碼往往也能得出越簡潔的機器代碼。那這樣結果如何呢？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，因為我實在想不出來源程序還有什么簡化的余地?？磥砦揖鸵贸鰜磉@個結論了：“如果需要us級的延時精度，需要時用匯編語言。”但是真的是這樣嗎？我還是不甘心。因為我不相信大名鼎鼎的 Keil C 編譯器居然連 djnz 都不會用？？？因為實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，哦呵呵呵~~~），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~~~奇跡出現了。..。..我想這個程序應該已經可以滿足一般情況下的需要了。如果列個表格的話：

　　i　　delay time/us

　　1　　5

　　2　　7

　　3　　9

　　.....

　　計算延時時間時，已經算上了調用函數的lcall語句所花的2個時鐘周期的時間。

　　終于，結果已經明了了。只要合理的運用，C還是可以達到意想不到的效果。很多朋友抱怨C效率比匯編差了很多，其實如果對Keil C的編譯原理有一個較深入的理解，是可以通過恰當的語法運用，讓生成的C代碼達到最優(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 型的數據結構。2.盡量使用char型，實在不夠用再用int，然后才是long。3.如果有可能，不要用浮點型。4.使用簡潔的代碼，因為按照經驗，簡潔的C代碼往往可以生成簡潔的目標代碼（雖說不是在所有的情況下都成立）。