Keil C51程序設計中幾種精確延時方法

實際的單片機應用系統開發過程中，由于程序功能的需要，經常編寫各種延時程序，延時時間從數微秒到數秒不等，對于許多C51開發者特別是初學者編制非常精確的延時程序有一定難度。本文從實際應用出發，討論幾種實用的編制精確延時程序和計算程序執行時間的方法，并給出各種方法使用的詳細步驟，以便讀者能夠很好地掌握理解。

關鍵詞 Keil C51 精確延時 程序執行時間

引言

　　單片機因具有體積小、功能強、成本低以及便于實現分布式控制而有非常廣泛的應用領域[1]。單片機開發者在編制各種應用程序時經常會遇到實現精確延時的問題，比如按鍵去抖、數據傳輸等操作都要在程序中插入一段或幾段延時，時間從幾十微秒到幾秒。有時還要求有很高的精度，如使用單總線芯片DS18B20時，允許誤差范圍在十幾微秒以內[2]，否則，芯片無法工作。用51匯編語言寫程序時，這種問題很容易得到解決，而目前開發嵌入式系統軟件的主流工具為C語言，用C51寫延時程序時需要一些技巧[3]。因此，在多年單片機開發經驗的基礎上，介紹幾種實用的編制精確延時程序和計算程序執行時間的方法。

　　實現延時通常有兩種方法：一種是硬件延時，要用到定時器/計數器，這種方法可以提高CPU的工作效率，也能做到精確延時；另一種是軟件延時，這種方法主要采用循環體進行。

1 使用定時器/計數器實現精確延時

　　單片機系統一般常選用11.059 2 MHz、12 MHz或6 MHz晶振。第一種更容易產生各種標準的波特率，后兩種的一個機器周期分別為1 μs和2 μs，便于精確延時。本程序中假設使用頻率為12 MHz的晶振。最長的延時時間可達216=65 536 μs。若定時器工作在方式2，則可實現極短時間的精確延時；如使用其他定時方式，則要考慮重裝定時初值的時間（重裝定時器初值占用2個機器周期）。

　　在實際應用中，定時常采用中斷方式，如進行適當的循環可實現幾秒甚至更長時間的延時。使用定時器/計數器延時從程序的執行效率和穩定性兩方面考慮都是最佳的方案。但應該注意，C51編寫的中斷服務程序編譯后會自動加上PUSH ACC、PUSH PSW、POP PSW和POP ACC語句，執行時占用了4個機器周期；如程序中還有計數值加1語句，則又會占用1個機器周期。這些語句所消耗的時間在計算定時初值時要考慮進去，從初值中減去以達到最小誤差的目的。

2 軟件延時與時間計算

　　在很多情況下，定時器/計數器經常被用作其他用途，這時候就只能用軟件方法延時。下面介紹幾種軟件延時的方法。

2.1 短暫延時

　　可以在C文件中通過使用帶_NOP_( )語句的函數實現，定義一系列不同的延時函數，如Delay10us( )、Delay25us( )、Delay40us( )等存放在一個自定義的C文件中，需要時在主程序中直接調用。如延時10 μs的延時函數可編寫如下：

　　void Delay10us( ) {
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　　　_NOP_( );
　　}

　　Delay10us( )函數中共用了6個_NOP_( )語句，每個語句執行時間為1 μs。主函數調用Delay10us( )時，先執行一個LCALL指令（2 μs），然后執行6個_NOP_( )語句（6 μs），最后執行了一個RET指令（2 μs），所以執行上述函數時共需要10 μs。　　可以把這一函數當作基本延時函數，在其他函數中調用，即嵌套調用[4]，以實現較長時間的延時；但需要注意，如在Delay40us( )中直接調用4次Delay10us( )函數，得到的延時時間將是42 μs，而不是40 μs。這是因為執行Delay40us( )時，先執行了一次LCALL指令（2 μs），然后開始執行第一個Delay10us( )，執行完最后一個Delay10us( )時，直接返回到主程序。依此類推，如果是兩層嵌套調用，如在Delay80us( )中兩次調用Delay40us( )，則也要先執行一次LCALL指令（2 μs），然后執行兩次Delay40us( )函數（84 μs），所以，實際延時時間為86 μs。簡言之，只有最內層的函數執行RET指令。該指令直接返回到上級函數或主函數。如在Delay80μs( )中直接調用8次Delay10us( )，此時的延時時間為82 μs。通過修改基本延時函數和適當的組合調用，上述方法可以實現不同時間的延時。

2.2 在C51中嵌套匯編程序段實現延時

　　在C51中通過預處理指令#pragma asm和#pragma endasm可以嵌套匯編語言語句。用戶編寫的匯編語言緊跟在#pragma asm之后，在#pragma endasm之前結束。

　　如：#pragma asm
　　　　…
　　　　匯編語言程序段
　　　　…
　　　　#pragma endasm

　　延時函數可設置入口參數，可將參數定義為unsigned char、int或long型。根據參數與返回值的傳遞規則，這時參數和函數返回值位于R7、R7R6、R7R6R5中。在應用時應注意以下幾點：

　　◆ #pragma asm、#pragma endasm不允許嵌套使用；
　　◆ 在程序的開頭應加上預處理指令#pragma asm，在該指令之前只能有注釋或其他預處理指令；
　　◆ 當使用asm語句時，編譯系統并不輸出目標模塊，而只輸出匯編源文件；
　　◆ asm只能用小寫字母，如果把asm寫成大寫，編譯系統就把它作為普通變量；
　　◆ #pragma asm、#pragma endasm和 asm只能在函數內使用。

　　將匯編語言與C51結合起來，充分發揮各自的優勢，無疑是單片機開發人員的最佳選擇。

2.3 使用示波器確定延時時間

　　熟悉硬件的開發人員，也可以利用示波器來測定延時程序執行時間。方法如下：編寫一個實現延時的函數，在該函數的開始置某個I/O口線如P1.0為高電平，在函數的最后清P1.0為低電平。在主程序中循環調用該延時函數，通過示波器測量P1.0引腳上的高電平時間即可確定延時函數的執行時間。方法如下：

　　sbit T_point = P1^0;
　　void Dly1ms(void) {
　　　　unsigned int i,j;
　　　　while (1) {
　　　　　　T_point = 1;
　　　　　　for(i=0;i2;i++){
　　　　　　　　for(j=0;j124;j++){;}
　　　　　　}
　　　　　　T_point = 0;
　　　　　　for(i=0;i1;i++){
　　　　　　　　for(j=0;j124;j++){;}
　　　　　　}
　　　　}
　　}
　　void main (void) {
　　　　Dly1ms();
　　}