在進行C51程序設計時如何精確延時的常見方法介紹

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。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，否則，芯片無法工作。為此我特意的將如何在C51程序中精確延時進行了一個小結。

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，因此很有必要了解用C51寫延時程序時需要的一些技巧。

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；

? 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。假設使用頻率為12 MHz的晶振。最長的延時時間可達2^16=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 Delay_10us()

{

?_NOP();

?_NOP();

?_NOP();

?_NOP();

?_NOP();

?_NOP();

}

?Delay_10us( )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Delay_10us( )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，即嵌套調用延時函數，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。

對于_NOP（）函數，相信有不少人會感到疑惑，這里我就詳細的介紹一下_NOP（）；函數：

_NOP();函數是用來產生空指令來進行延時的，在匯編語言中寫幾個nop指令就可以達到延時的效果。

注意：

1、 調用庫函數是一定要包含頭文件#include<intrins.h>，在該庫中聲明了void _NOP(void);

2、 這個函數相當匯編NOP指令，延時幾微秒。NOP指令為單周期指令，可由晶振頻率算出延時時間，對于12M晶振，延時1uS。

關于C51的延時函數要注意：

求在大于10us，采用C51中的循環語句來實現。
在選擇C51中循環語句時，要注意以下幾個問題
第一、定義的C51中循環變量，盡量采用無符號字符型變量。
第二、在FOR循環語句中，盡量采用變量減減來做循環。
第三、在do…while，while語句中，循環體內變量也采用減減方法。
這因為在C51編譯器中，對不同的循環方法，采用不同的指令來完成的。

下面舉例說明：
unsigned char i;
for(i=0;i<255;i++);

unsigned char i;
for(i=255;i>0;i--);
其中，第二個循環語句C51編譯后，就用DJNZ指令來完成，相當于如下指令：
MOV　09H，＃0FFH
LOOP： ? ? DJNZ　09H，LOOP
指令相當簡潔，也很好計算精確的延時時間。

既然能用高級語言進行延時，當然也能用最基本的匯編語言進行相關的延時，下面我們來簡單的了解下（注：對于匯編語言我也只略懂一點，這是我在網上相關的資料學習到的）：

? 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。

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。(有條件的哥們可以試試)

2.4 使用Keil_C中的性能分析器計算延時時間：

這里我就詳細介紹下，這是很實用的方法：

我們先在Keil_C中敲入如下代碼：

#include<reg52.h>

#define uint unsigned int

sbit led=P1^0;

main()

{

?uint i,j,x,y,k,n,m;

?while(1)

?{

? ?led=0;

? ?for(i=1000;i>0;i--)//延時1

? ? ?for(j=110;j>0;j--);

? ? ?led=1;

? ?for(x=0;x<500;x++)//延時2

? ? ?for(y=0;y<130;y++);

? ? ?led=0;

? ?for(n=500;n>0;n--)//延時3

? ? ?for(m=114;m>0;m--);

? ? ?led=1;

? ? ?k=90;//延時4

? ? ?while(k>0)k--;

? ? ?led=0;

? }

}

下面將介紹如何建立Keil工程，并分析延時時間的精確計算方法，利用keil可以比較方便、精確的計算程序延時時間。

1． 建立keil工程。

啟動keil，選擇“Project”à“New uVision Project”à輸入工程名稱，確定，彈出下面對話框，選擇Atmel：

接著選擇：AT89C52

選擇好芯片之后會彈出下面的對話框，選擇“否”:

點擊“File”à “New”，新建一個Text，用以輸入程序。程序輸入以后保存，保存名稱需要和工程名稱一致，如果使用C語言則以.c作為保存格式，使用匯編語言保存格式為.asm。保存之后如圖：

下一步就是把剛才保存的.c程序導入到工程中。選中上圖中左上角的“Source Group 1”，單擊右鍵，選擇“Add Files to Group 'Source Group 1'..”，在彈出的對話框選擇剛才保存的.c文件，Add，即完成導入。

下面這一步設置對于使用keil精確計算延時時間很關鍵。選中下圖左上角的Target 1：

單擊右鍵，選擇“Options for Target 'Target 1'..”，彈出下面對話框，把Xtal（Mhz）的24.0修改成當前使用的晶振頻率，這里改為11.0592Mhz。

如果還要生成.hex文件用于下載到芯片上，可以選擇“Output”，鉤選“Creat HEX File”選項，如下：

這樣就建立好了一個keil工程。通過程序調試，“Save”，“Build”，生成.hex文件，下載到芯片就可以直接使用了。

1． 接著講第二個知識點，就是如何精確計算延時的時間。

我們選擇開頭給出的程序為例，延時1的程序如下：

for(i=1000;i>0;i--)//延時1

for(j=110;j>0;j--);

要精確計算它的延時時間，可以通過設置斷點來實現。斷點設置如下圖：

在延時1的開頭和下一句語句的開頭分別設置斷點A1和A2，然后全速運行，運行到A1處，程序停止，記錄這時的運行時間t1，繼續全速運行，遇到斷點A2，程序停止，記錄此刻的時間t2。那么延時1的延時時間就是t=t2-t1。

下面是具體步驟：

（1） 設置斷點。如上圖所示，在程序開頭的數字處雙擊左鍵，就會出現一個紅色的點，這就是斷點。如果要消去斷點，同樣可以雙擊斷點。

（2） 進入調試模式。單擊窗口上的調試按鍵快捷圖標：

即可進入調試模式。初次進入調試模式的界面如下：

首先介紹一下幾個重要按鈕。如下圖所示：

紅色數字1上面的圖標：將程序復位到主函數的最開開始處，準備重新運行程序；

紅色數字2上面的圖標：全速運行，運行程序時中間不停止，直到遇到斷點；

紅色數字3上面的圖標：停止全速運行。

紅色數字4上面的圖標：進入子函數內部。

紅色下劃線上的sec就是程序從開始運行到當前停止處所用的時間。

（3） 先復位。即點擊上圖中紅字1上面的圖標。

（4） 全速運行，記錄運行時間。即點擊上圖紅字2上面的圖標。遇到09處的第一個斷點，系統會自動停止運行，停在第一個斷點處。此時右邊記錄的時間sec就是程序從開始運行到當前斷點處所經歷的時間為t1=423.18us。如下圖所示：

（5） 繼續全速運行，第二次記錄運行時間。遇到11處的第二個斷點，系統停止運行，此時已運行時間為t2=966140.41us。如下圖所示：

（6） 計算延時時間t。從上面得到的數據可以計算出時間

t= t2-t1= 966140.41us- 423.18us= 965717.23us= 965.71723ms。

通過上面6個步驟，就可以精確，方便地計算出延時程序的時間，對于實現精確延時，只需要調節參數，再稍加計算就OK。需要注意的是，在上圖的調試模式下修改程序參數，是無法生效的。復位之后全速運行，顯示的十間仍然是修改之前的參數在起作用。所以如果修改程序參數，需要到編輯模式下，重新下載，然后再進入調試模式，才可以計算精確時間。同時，在建立Keil工程的時候，一定要記得修改晶振的參數，這很關鍵，如果晶振不對，要實現相同的延時時間，程序參數的設置也就不一樣。

? ?可以使用同樣的方法計算延時2，延時3，延時4的精確延時時間。它們的延時時間分別是：498040.37us、500220.27us、783.42us。大家可以自己練習。

最后還要指出一點的是： ?

? ?上面使用的Keil版本是Keil uVision4，大家也可以使用Keil 3或者Keil 2來做，只是軟件的界面，圖標等有差別，但都可以實現相同的功能。