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用C51编写单片机延时函数

参考了51单片机 Keil C 延时程序的简单研究,自己也亲身测试和计算了一些已有的延时函数。
这里假定单片机是时钟频率为12MHz,则一个机器周期为:1us.
参考了51单片机 Keil C 延时程序的简单研究后,我们可知道, 在Keil C中获得最为准确的延时函数将是

void delay(unsigned char t)
{
    while(--t);
}

反汇编代码如下:

执行DJNZ指令需要2个机器周期,RET指令同样需要2个机器周期,根据输入t,在不计算调用delay()所需时间的情况下,具体时间延时如下:

t Delay Time (us)
1 2×1+2 =4
2 2×2+2=6
N 2×N+2=2(N+1)

当在main函数中调用delay(1)时, 进行反汇编如下:

调用delay()时,多执行了两条指令,其中MOV R, #data需要1个机器周期,LJMP需要2个机器周期,即调用delay()需要3us.
Keil C仿真截图与计算过程:

加上调用时间,准确的计算时间延时与Keil C仿真对比如下:(可见,仿真结果和计算结果是很接近的)

t Delay Time (us) 仿真11.0592Mhz时钟(us)
1 3+2×1+2 =7 7.7(实际)
2 3+2×2+2=9 9.9
N 3+2×N+2=2N+5 (2N+5)*1.1
3 11 12.1
15 35 38.5 
100 205 225.5
255 515 566.5

也就是说,这个延时函数的精度为2us,最小的时间延时为7us,最大的时间延时为3+255×2+2=515us.  
实际中使用11.0592MHz的时钟,这个延时函数的精度将为2.2us,最小时间延时为7.7us, 最大时间延时为566.5us.
这个时间延时函数,对于与DS18B20进行单总线通信,已经足够准确了。
现在,我们将时钟换成11.0592MHz这个实际用到的频率,每个机器周期约为1.1us.
现在让我们来分析一下这个之前用过的延时函数:

//延时函数, 对于11.0592MHz时钟, 例i=10,则大概延时10ms.
void delayMs(unsigned int i)
{
    unsigned int j;
    while(i--)
    {
        for(j = 0; j < 125; j++);
    }
}

它的反汇编代码如下:

分析: T表示一个机器周期(调用时间相对于这个ms级的延时来说,可忽略不计)

 1  C:0000      MOV   A,    R7       ;1T 
 2                   DEC   R7                ;1T   低8位字节减1
 3                   MOV   R2,   0x06   ;2T
 4                   JNZ   C:0007          ;2T   若低8位字节不为0, 则跳到C:0007
 5                   DEC   R6                ;1T   低8位字节为0, 则高8位字节减1
 6 C:0007      ORL   A,   R2         ;1T
 7                   JZ      C:001D         ;2T   若高8位也减为0, 则RET
 8                   CLR   A                  ;1T   A清零
 9                   MOV   R4,   A        ;1T   R4放高位
10                   MOV   R5,   A        ;1T   R5放低位
11 C:000D      CLR   C                  ;1T   C清零
12                   MOV   A,   R5        ;1T   
13                   SUBB   A, #0x7d    ;1T   A = A-125
14                   MOV   A,   R4        ;1T   
15                   SUBB   A,  #0x00   ;1T   A 
16                   JNC  C:0000           ;2T   A为零则跳到C:0000
17                   INC   R5                 ;1T   R5增1
18                   CJNE R5,#0x00, C:001B ;2T   R5>0, 跳转到C:000D
19                   INC   R4                 ;1T
20 C:001B      SJMP      C:000D    ;2T
21 C:001D      RET

对于delayMs(1), 执行到第7行就跳到21行, 共需时12T, 即13.2us
对于delayMs(2), 需时9T+13T+124×10T+7T+12T = 9T+13T+1240T+7T+12T =1281T =1409.1us.
对于delayMs(3), 需时9T×(3-1)+(13T+124×10T+7T)×(3-1)+12T 
                                =1269T×(3-1)+12T=2550T=2805us.
对于delayMs(N),N>1, 需时1269T×(N-1)+12T = 1269NT-1257T=(1395.9N-1382.7)us.
利用Keil C仿真delayMs(1) = 0.00166558s = 1.67ms 截图如下:

由分析可知具体的计算延时时间与Keil C仿真延时对比如下:

i Time Delay 仿真延时
1 13.2us 1.67ms
2 1409.1us 3.31ms
3 2805us 4.96ms
N (1395.9N-1382.7)us
10 12.6ms 16.50ms
20 26.5ms 32.98ms
30 40.5ms 49.46ms
50 68.4ms 82.43ms
100 138.2ms 164.84ms
200 277.8ms 329.56ms
500 696.6ms 824.13ms
1000 1394.5ms 1648.54ms
1500 2092.5ms 2472.34ms
2000 2790.4ms 3296.47ms
5 5.6ms 8.26ms
73 100.5ms 120.34ms
720 1003.7ms = 1s 1186.74ms

计算delayMs(10)得到延时时间为:12576.3us约等于12.6ms,接近我们认为的10ms。

计算结果和仿真结果只要delayMs(1)有很大出入, 其它都接近, 在接受范围内. 
经过以上分析,可见用C语言来做延时并不是不太准确,只是不容易做到非常准确而已,若有一句语句变了,延时时间很可能会不同,因为编译程序生成的汇编指令很可能不同。

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Jimmy.qiu
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