_nop_()函数

本文介绍在C51编程中如何使用空指令_nop_()进行微秒级延时,并讨论循环语句优化技巧以提高代码效率。通过具体示例展示了不同循环方法在编译后的表现。

标准的C语言中没有空语句。但在单片机的C语言编程中,经常需要用几个空指令产生短延时的效果。这在汇编语言中很容易实现,写几个nop就行了。

keil C51中,直接调用库函数:
#include<intrins.h>       // 声明了void _nop_(void);
_nop_();                        // 产生一条NOP指令
作用:对于延时很短的,要求在us级的,采用“_nop_”函数,这个函数相当汇编NOP指令,延时几微秒。NOP指令为单周期指令,可由晶振频率算出延时时间,对于12M晶振,延时1uS。对于延时比较长的,要求在大于10us,采用C51中的循环语句来实现。
在选择C51中循环语句时,要注意以下几个问题
第一、定义的C51中循环变量,尽量采用无符号字符型变量。
第二、在FOR循环语句中,尽量采用变量减减来做循环。
第三、在do…whilewhile语句中,循环体内变量也采用减减方法。
这因为在C51编译器中,对不同的循环方法,采用不同的指令来完成的。


下面举例说明:
unsigned char i;
for(i=0;i<255;i++);
  
unsigned char i;
for(i=255;i>0;i--);
其中,第二个循环语句C51编译后,就用DJNZ指令来完成,相当于如下指令:
MOV09H,#0FFH
LOOP         DJNZ09HLOOP
指令相当简洁,也很好计算精确的延时时间。

 


<think>我们已知: - 时钟频率为24MHz,即每秒有24,000,000个时钟周期。 - 一个_nop_()指令通常占用1个时钟周期(假设为1T架构,即一个机器周期包含1个时钟周期)。 因此,执行一条_nop_()指令所需的时间(以秒为单位)为: $$ T_{\text{nop}} = \frac{1}{f_{\text{clk}}} = \frac{1}{24 \times 10^6} \text{秒} $$ 将其转换为微秒(μs): 1秒 = 1,000,000微秒,所以: $$ T_{\text{nop}} = \frac{1}{24 \times 10^6} \times 10^6 \text{微秒} = \frac{1}{24} \text{微秒} $$ 计算得: $$ T_{\text{nop}} = \frac{1}{24} \approx 0.0416667 \text{微秒} $$ 因此,在24MHz时钟频率下,执行一次_nop_()函数大约需要0.0417微秒。 ### 说明 1. **架构影响**:上述计算基于1T架构(即1个时钟周期执行一条_nop_指令)。如果芯片是12T架构(如某些8051芯片),那么一个_nop_指令将需要12个时钟周期,时间会变为12倍,即0.5微秒。但根据引用[1]中提到的HAL库和SystemClock初始化,以及引用[2]中配置QSPI的细节,推测目标芯片可能是STM32系列(通常为1T架构),因此按1个时钟周期计算。 2. **实际延时函数**:在编写延时函数时,由于循环本身也有指令开销(如自减、条件跳转),所以不能简单地用_nop_指令的数量直接乘以0.0417微秒来得到精确延时,需要实测校准(如使用示波器观察GPIO翻转)[^1][^4]。 ### 相关问题 1. 如何用示波器校准软件延时函数? 2. 在低功耗模式下如何实现精确延时? 3. 硬件定时器与软件延时的优缺点对比?</think>### 时钟周期与 _nop_() 指令时间计算 在 24MHz 时钟频率下: 1. **时钟周期时间**: $$ T_{\text{cycle}} = \frac{1}{f_{\text{clk}}} = \frac{1}{24 \times 10^6} \approx 41.67\,\text{ns} = 0.04167\,\mu\text{s} $$ 2. **_nop_() 指令时间**: - 在大多数架构中,`_nop_()` 是单周期指令 - 执行时间 = 1 个时钟周期: $$ T_{\text{nop}} = T_{\text{cycle}} \approx \boxed{0.04167\,\mu\text{s}} $$ ### 关键说明 1. **架构差异**: - 若为 1T 架构(如 ARM Cortex-M):1 周期 = 0.04167µs[^1] - 若为 12T 架构(如传统 8051):12 周期 = 0.5µs - 需根据具体芯片手册确认(如引用[2]中的 QSPI 配置体现高性能架构) 2. **实际应用验证**: ```c // 验证代码(翻转 GPIO 测量) bsp_led_on(); // 拉高 GPIO _nop_(); // 目标指令 bsp_led_off(); // 拉低 GPIO ``` 用示波器测量高低电平跳变间隔即为实际执行时间[^1][^4] 3. **精度影响因素**: - 编译器优化可能消除空操作(需禁用优化) - 指令流水线效应(参见引用[3]的 ILP 分析) - 中断干扰(关键时序需关中断) ### 微秒级延时实现 基于 24MHz 的 1µs 延时需约 24 个 `_nop_()`: ```c void delay_1us(void) { // 24 个 nop 实现 1µs 延时(1T 架构) _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } ``` > 实际项目中建议使用硬件定时器(如引用[1]的 HAL_Delay()),软件延时仅适用于低精度场景[^1][^4]。
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