【总结】延时程序

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1. 概要

延时在嵌入式系统中，无处不在。延时的作用是等待固定的时间后，执行某个操作。
如，控制LED闪烁，如果延时很小或者没有延时，人眼无法看到闪烁的效果。

2. 原理

CPU在延时处理中，执行指定的时间。在时间未到之前，不能返回或被打断。

3. 实现方式

实现方法有两种：硬件延时，软件延时。

3.1. 软件延时

许多情况下，系统的定时器资源有限，或者用作其他用途，这时可以选择使用软件延时的方法。软件延时，通常使用循环体实现。

3.1.1. 汇编延时

汇编语言延时特点是准确，当是不灵活。

在软件中，每执行一条指令都是要消耗时间的。那么，一条指令的执行时间是确定的吗？对于时钟固定的系统，答案是肯定的。时钟是嵌入式系统的“小心脏”。以51单片机12MHz晶振为例，12MHz的意思是单片机1s内可以执行(12M/12)=1M个机器周期，51单片机规定每个机器周期需要12个时钟震荡周期。换句话说，每个机器周期的时间=1/1M=1um。不同的汇编指令，消耗的时间是机器周期的整数倍。

指令功能机器周期数时间（um）

MOV     数据传送    1   1
NOP     空操作 1   1
DJNZ    循环移位    2   2
LCALL   调用      2   2
RET     返回  2   2

因此，使用汇编语句可以实现很精确的延时。汇编实例分析，50ms延时子程序

DEL :    MOV R7, #200    ①
DEL1:    MOV R6, #125    ②
DEL2:    DJNZ R6, DEL2   ③
         DJNZ R7, DEL1   ④
         RET             ⑤

①：MOV R7, #200 ，单周期指令，执行一次，时间1us
②：MOV R6, #125，单周期指令，由于④，循环执行200次，时间200us
③：DJNZ R6, DEL2，双周期指令，由于②和④，循环执行125*200次，时间2*125*200us
④：DJNZ R7, DEL1，双周期指令，由于①，循环执行200次，时间2*200us
⑤：RET，双周期指令，只执行一次，时间2us

总时间=①+②+③+④+⑤=1+200+2*125*200+2*200+2=50603≈50ms

3.1.2. C 语言延时

C 语言实现的延时程序就相对灵活一些。
C 语言最终编译为汇编语言，就可以知道程序的执行时间了。

可以在C文件中使用NOP()语句实现。(假设：晶振12MHz,一个机器周期1us.)
例1：

void delay_10us(void)
{
    _NOP_();
    _NOP_();
    _NOP_();
    _NOP_();
    _NOP_();
    _NOP_();
}

分析：上面函数中使用了6个NOP()语句，每句执行时间为1us；调用delay_10us函数时，执行LCALL指令（2个机器周期，2us），函数退出时执行RET指令（2个机器周期，2us），执行该函数共消耗10us时间。

例2：

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

如果调用delay(1)，keil C对应的汇编代码为

C:0x0005 7F01 MOV R7,#0x01
C:0x0007 111D ACALL delay1(C:001D)
C:0x001D DFFE DJNZ R7,delay1(C:001D)
C:0x001F 22 RET

分析：传递参数1，函数调用2，函数返回2，此三个为固定开销，还有DJNZ的2个
实际延时= 1+2+2+n*2

例3：

void delay_500_ms(void)
{
    unsigned char i, j, k;
    for(i =  15; i > 0; i--)
        for(j = 202; j > 0; j--)
            for(k = 81; k > 0; k--);
}

对应的汇编代码

DEL:  MOV R7, #15
DEL1: MOV R6, #202
DEL2: MOV R5, #81①
      DJNZ R5, $①
      DJNZ R6, DEL2
      DJNZ R7, DEL1
      RET

分析：
一层循环n:R5*2 = 81*2 = 162us DJNZ 2us
二层循环m:R6*(n+3) = 202*165 = 33330us DJNZ 2us + R5赋值 1us = 3us
三层循环: R7*(m+3) = 15*33333 = 499995us DJNZ 2us + R6赋值 1us = 3us
循环外: 5us 子程序调用 2us + 子程序返回 2us + R7赋值 1us = 5us
延时总时间 = 三层循环 + 循环外 = 499995+5 = 500000us =500ms
计算公式:延时时间=[(2*R5+3)*R6+3]*R7+5

3.1.3. 软件延时步骤

确定系统时钟
计算指令周期
C语言，分析对应的汇编代码
根据指令消耗的机器周期数，计算延时时间

3.2. 硬件延时

硬件延时就是使用定时器了。

对于晶振12MHz,一个机器周期1us的51单片机而言，最长的延时时间为216=65536us，若定时器采用工作方式2，可以实现精确延时。步骤，配置定时器工作方式，设置计数值，启动定时器，等待溢出，停止计数器。

void delay_1ms(void)
{
    TMOD = 0x01;      /*定时器0工作在模式1下(16位计数器)*/
    TH0 = 0xfd;       /*(65536-1000)/256*/
    TL0 = 0x65;       /*(65536-1000)%256*/

    TR0 = 1;          /*启动定时器*/
    while(TF0 == 0);  /*计数器溢出后TF0由0变1*/
    TR0 = 0;          /*停止定时器*/
}

65.536ms内的延时程序

void delay_us(int n)
{
    TMOD = 0x01;
    TH0 = (65536-n)/0xff;
    TL0 = (65536-n)%0xff;
    TR0 = 1;
    while(TF0 == 0);
    TR0 = 0;
}

3.2.1 硬件延时步骤

选择定时器
配置定时器工作方式
计算计数值，设置相关寄存器
启动定时器
等待溢出
停止定时器

参考

单片机延时方法总结
 51单片机Keil C延时程序的简单研究