c语言delay的用法

2016-12-02

在单片机应用中,经常会遇到需要短时间延时的情况,一般都是几十到几百μs,并且需要很高的精度(比如用单片机驱动DS18B20时,误差容许的范围在十几μs以内,不然很容易出错);而某些情况下延时时间较长,用计时器往往有点小题大做。另外在特殊情况下,计时器甚至已经全部用于其他方面的定时处理,此时就只能使用软件定时了。下面小编就和大家分享下c语言delay的用法

1 C语言程序延时

Keil C51的编程语言常用的有2种: 一种是汇编语言;另一种是C 语言。用汇编语言写单片机程序时,精确时间延时是相对容易解决的。比如,用的是晶振频率为12 MHz的AT89C51,打算延时20 μs,51单片机的指令周期是晶振频率的1/12,即一个机器周期为1 μs;“MOV R0,#X”需要2个机器周期,DJNZ也需要2个机器周期,单循环延时时间t=2X+3(X为装入寄存器R0的时间常数)[2]。这样,存入R0里的数初始化为8即可,其精度可以达到1 μs。用这种方法,可以非常方便地实现512 μs以下时间的延时。如果需要更长时间,可以使用两层或更多层的嵌套,当然其精度误差会随着嵌套层的增加而成倍增加。

虽然汇编语言的机器代码生成效率很高,但可读性却并不强,复杂一点的程序就更难读懂;而C语言在大多数情况下,其机器代码生成效率和汇编语言相当,但可读性和可移植性却远远超过汇编语言,且C 语言还可以嵌入汇编程序来解决高时效性的代码编写问题。就开发周期而言,中大型软件的编写使用C 语言的开发周期通常要比汇编语言短很多,因此研究C语言程序的精确延时性能具有重要的意义。

C程序中可使用不同类型的变量来进行延时设计。经实验测试,使用unsigned char类型具有比unsigned int更优化的代码,在使用时应该使用unsigned char作为延时变量。

2 单层循环延时精度分析

下面是进行μs级延时的while程序代码。

延时函数:

void delay1(unsigned char i) {

while(i );}

主函数:

void main() {

while(1) {

delay1(i);

}

}

使用Keil C51的反汇编功能,延时函数的汇编代码如下:

C:0x00E6AE07MOVR6,0x07

C:0x00E81FDECR7

C:0x00E9EEMOVA,R6

C:0x00EA70FAJNZC:00E6

C:0x00EC22RET

图1 断点设置位置图

通过对i赋值为10,在主程序中图1所示的位置设置断点。经过测试,第1次执行到断点处的时间为457 μs,再次执行到该处的时间为531 μs,第3次执行到断点处的时间为605 μs,10次while循环的时间为74 μs,整个测试结果如图2所示。

图2 使用i--方式测试仿真结果图

通过对汇编代码分析,时间延迟t=7X+4(其中X为i的取值)。测试表明,for循环方式虽然生成的代码与用while语句不大一样,但是这两种方法的效率几乎相同。C语言中的自减方式有两种,前面都使用的是i--的方式,能不能使用--i方式来获得不同的效果呢?将前面的主函数保持不变,delay1函数修改为下面的方式:

void delay1(unsigned char i) {

while(--i);}

同样进行反汇编,得到如下结果:

C:0x00E3DFFEDJNZR7,

C:00E3C:0x00E522RET

比较发现,--i的汇编代码效率明显高于i--方式。由于只有1条语句DJNZ,执行只需要2个时钟周期, 1个时钟周期按1 μs计算,其延时精度为2 μs;另外,RET需要2个时钟周期,能够达到汇编语言代码的效率。按前面的测试条件进行测试,第1次执行到断点处的时间为437 μs,再次执行到该处的时间为465 μs,第3次执行到断点处的时间为493 μs,10次while循环的时间为28 μs,整个测试结果如图3所示。

图3 使用--i方式测试仿真结果图

调整i的取值,i取8时延时时间为24 μs,i取9时延时时间为26 μs。通过分析得出,10次循环为28 μs是由于外层循环造成的,其精度可以达到2 μs。在设计时应该考虑参数传递和RET语句执行所需要的时间周期。实验分析发现,for语句使用--i方式,同样能够达到与汇编代码相同的精度。i取不同值时延时仿真结果如图4所示。

图4 i取不同值时延时仿真结果图

3 多重嵌套下的C程序延时

在某些情况下,延时较长,仅使用单层循环方式是不能完成的。此时,只能使用多层循环方式,那么多重循环条件下,C程序的精度如何呢?下面是一个使用for语句实现1 s延时的函数。

延时函数

void delay1s(void) {

for(k=100;k>0;k--) //定时1 s

for(i=20;i>0;i--)

for(j=248;j>0;j--);

}

主函数调用延时函数代码段:

while(1) {

delay1s();

scond+=1;

}

为了直接衡量这段代码的效果,利用Keil C找出这段代码产生的汇编代码:

C:0x00B37002JNZ

C:00B7C:0x00B5150CDEC0x0C

C:0x00B7E50DMOVA,0x0D

C:0x00B9450CORLA,0x0C

C:0x00BB70DEJNZC:009B

C:0x00BDE50BMOVA,0x0B

C:0x00BF150BDEC0x0B

C:0x00C17002JNZC:00C5

C:0x00C3150ADEC0x0A

C:0x00C5E50BMOVA,0x0B

C:0x00C7450AORLA,0x0A

C:0x00C970CAJNZC:0095

C:0x00CB22RET

分析汇编代码,其他汇编代码使用的不是DJNZ跳转方式,而是DEC和JNZ语句来实现循环判断。1条JNZ指令要花费2个时钟周期,3条指令就需要6个机器周期,MOV指令和DEC指令各需要1小时钟周期,1个时钟周期按1 μs算,其精度最多达到8 μs,最后加上一条LCALL和一条RET语句,所以整个延时精度较差[4]。

利用Keil C的测试工具,在一处设置一个断点。第1次执行到中断处的时间为0.000 513 s,第2次执行到中断处的时间为1.000 922 s,时间延迟为1.000 409 s,测试结果如图5所示。对于上面的3种循环嵌套,循环次数为100×20×248=496 000,每次循环的时间约为2 μs。

图5 三重嵌套循环1 s实现时间测试结果

为获取与汇编语言延时的差距,同样进行1 s的延时,程序代码段如下:

LCALL DELY1S

INC Second

DELY1S:MOV R5,#100

D2:MOV R6,#20

D1:MOV R7,#248

DJNZ R7,$

DJNZ R6,D1

DJNZ R5,D2

RET

通过Keil C51测试,其实际延迟时间为0.997 943 s。虽然C语言实现延时方式的汇编代码复杂度增加,但是与汇编语言实现的方式性能差距并不大。

4 总结

汇编语言在实时性方面具有较大的优越性,虽然使用Keil C51可以在C语言程序中嵌入汇编代码,但是复杂度明显提高。实验证明,只要合理地运用C语言,在延时编程方面就可以达到与汇编语言相近的精度。为了获得精确的时间延迟,可通过Keil C工具的仿真功能,调整延迟量,从而得到较理想的结果。

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