51单片机 Keil C 延时程序的简单研究

51单片机   Keil   C   延时程序的简单研究  
   
  by:   InfiniteSpace   Studio/isjfk,   1.21.2004  
   
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          应用单片机的时候，经常会遇到需要短时间延时的情况。需要的延时时间很短，一般都是几十到几百微妙(us)。有时候还需要很高的精度，比如用单片机驱动DS18B20的时候，误差容许的范围在十几us以内，不然很容易出错。这种情况下，用计时器往往有点小题大做。而在极端的情况下，计时器甚至已经全部派上了别的用途。这时就需要我们另想别的办法了。  
          以前用汇编语言写单片机程序的时候，这个问题还是相对容易解决的。比如用的是12MHz晶振的51，打算延时20us，只要用下面的代码，就可以满足一般的需要：  
                  mov           r0,   #09h  
  loop:       djnz         r0,   loop  
  51单片机的指令周期是晶振频率的1/12，也就是1us一个周期。mov   r0,   #09h需要2个极其周期，djnz也需要2个极其周期。那么存在r0里的数就是(20-2)/2。用这种方法，可以非常方便的实现256us以下时间的延时。如果需要更长时间，可以使用两层嵌套。而且精度可以达到2us，一般来说，这已经足够了。  
          现在，应用更广泛的毫无疑问是Keil的C编译器。相对汇编来说，C固然有很多优点，比如程序易维护，便于理解，适合大的项目。但缺点（我觉得这是C的唯一一个缺点了）就是实时性没有保证，无法预测代码执行的指令周期。因而在实时性要求高的场合，还需要汇编和C的联合应用。但是是不是这样一个延时程序，也需要用汇编来实现呢？为了找到这个答案，我做了一个实验。  
          用C语言实现延时程序，首先想到的就是C常用的循环语句。下面这段代码是我经常在网上看到的：  
  void   delay2(unsigned   char   i)  
  {  
          for(;   i   !=   0;   i--);  
  }  
  到底这段代码能达到多高的精度呢？为了直接衡量这段代码的效果，我把   Keil   C   根据这段代码产生的汇编代码找了出来：  
                            ;   FUNCTION   _delay2   (BEGIN)  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   18  
  ;----   Variable   'i'   assigned   to   Register   'R7'   ----  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   19  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   20  
  0000                   ?C0007:  
  0000   EF                                 MOV           A,R7  
  0001   6003                             JZ             ?C0010  
  0003   1F                                 DEC           R7  
  0004   80FA                             SJMP         ?C0007  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   21  
  0006                   ?C0010:  
  0006   22                                 RET            
                            ;   FUNCTION   _delay2   (END)  
  真是不看不知道~~~一看才知道这个延时程序是多么的不准点~~~光看主要的那四条语句，就需要6个机器周期。也就是说，它的精度顶多也就是6us而已，这还没算上一条   lcall   和一条   ret。如果我们把调用函数时赋的i值根延时长度列一个表的话，就是：  
  i         delay   time/us  
  0         6  
  1         12  
  2         18  
  ...  
  因为函数的调用需要2个时钟周期的lcall，所以delay   time比从函数代码的执行时间多2。顺便提一下，有的朋友写的是这样的代码：  
  void   delay2(unsigned   char   i)  
  {  
          unsigned   char   a;  
          for(a   =   i;   a   !=   0;   a--);  
  }  
  可能有人认为这会生成更长的汇编代码来，但是事实证明：  
                            ;   FUNCTION   _delay2   (BEGIN)  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   18  
  ;----   Variable   'i'   assigned   to   Register   'R7'   ----  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   19  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   21  
  ;----   Variable   'a'   assigned   to   Register   'R7'   ----  
  0000                   ?C0007:  
  0000   EF                                 MOV           A,R7  
  0001   6003                             JZ             ?C0010  
  0003   1F                                 DEC           R7  
  0004   80FA                             SJMP         ?C0007  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   22  
  0006                   ?C0010:  
  0006   22                                 RET            
                            ;   FUNCTION   _delay2   (END)  
  其生成的代码是一样的。不过这的确不是什么好的习惯。因为这里实在没有必要再引入多余的变量。我们继续讨论正题。有的朋友为了得当更长的延时，甚至用了这样的代码：  
  void   delay2(unsigned   long   i)  
  {  
          for(;   i   !=   0;   i--);  
  }  
这段代码产生的汇编代码是什么样子的？其实不用想也知道它是如何恐怖的$#^%&%$......让我们看一看：  
                            ;   FUNCTION   _delay2   (BEGIN)  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   18  
  0000   8F00                 R           MOV           i+03H,R7  
  0002   8E00                 R           MOV           i+02H,R6  
  0004   8D00                 R           MOV           i+01H,R5  
  0006   8C00                 R           MOV           i,R4  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   19  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   20  
  0008                   ?C0007:  
  0008   E4                                 CLR           A  
  0009   FF                                 MOV           R7,A  
  000A   FE                                 MOV           R6,A  
  000B   FD                                 MOV           R5,A  
  000C   FC                                 MOV           R4,A  
  000D   AB00                 R           MOV           R3,i+03H  
  000F   AA00                 R           MOV           R2,i+02H  
  0011   A900                 R           MOV           R1,i+01H  
  0013   A800                 R           MOV           R0,i  
  0015   C3                                 CLR           C  
  0016   120000             E           LCALL       ?C?ULCMP  
  0019   601A                             JZ             ?C0010  
  001B   E500                 R           MOV           A,i+03H  
  001D   24FF                             ADD           A,#0FFH  
  001F   F500                 R           MOV           i+03H,A  
  0021   E500                 R           MOV           A,i+02H  
  0023   34FF                             ADDC         A,#0FFH  
  0025   F500                 R           MOV           i+02H,A  
  0027   E500                 R           MOV           A,i+01H  
  0029   34FF                             ADDC         A,#0FFH  
  002B   F500                 R           MOV           i+01H,A  
  002D   E500                 R           MOV           A,i  
  002F   34FF                             ADDC         A,#0FFH  
  0031   F500                 R           MOV           i,A  
  0033   80D3                             SJMP         ?C0007  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   21  
  0035                   ?C0010:  
  0035   22                                 RET            
                            ;   FUNCTION   _delay2   (END)  
  呵呵，这倒是的确可以延迟很长时间~~~但是毫无精度可言了。  
          那么，用C到底能不能实现精确的延时呢？我把代码稍微改了一下：  
  void   delay1(unsigned   char   i)  
  {  
          while(i--);  
  }  
  因为根据经验，越简洁的C代码往往也能得出越简洁的机器代码。那这样结果如何呢？把它生成的汇编代码拿出来看一看就知道了。满怀希望的我按下了“Build   target”键，结果打击是巨大的：  
                            ;   FUNCTION   _delay1   (BEGIN)  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   13  
  ;----   Variable   'i'   assigned   to   Register   'R7'   ----  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   14  
  0000                   ?C0004:  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   15  
  0000   AE07                             MOV           R6,AR7  
  0002   1F                                 DEC           R7  
  0003   EE                                 MOV           A,R6  
  0004   70FA                             JNZ           ?C0004  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   16  
  0006                   ?C0006:  
  0006   22                                 RET            
                            ;   FUNCTION   _delay1   (END)  
  虽说生成的代码跟用for语句是不大一样，不过我可以毫无疑问的说，这两种方法的效率是一样的。似乎到此为止了，因为我实在想不出来源程序还有什么简化的余地。看来我就要得出来这个结论了：“如果需要us级的延时精度，需要时用汇编语言。”但是真的是这样吗？我还是不甘心。因为我不相信大名鼎鼎的   Keil   C   编译器居然连   djnz   都不会用？？？因为实际上程序体里只需要一句   loop:   djnz   r7,   loop。近乎绝望之际（往往人在这种情况下确可以爆发出来，哦呵呵呵~~~），我随手改了一下：  
  void   delay1(unsigned   char   i)  
  {  
          while(--i);  
  }  
  心不在焉的编译，看源码：  
                            ;   FUNCTION   _delay1   (BEGIN)  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   13  
  ;----   Variable   'i'   assigned   to   Register   'R7'   ----  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   14  
  0000                   ?C0004:  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   15  
  0000   DFFE                             DJNZ         R7,?C0004  
                                                                                        ;   SOURCE   LINE   #   16  
  0002                   ?C0006:  
  0002   22                                 RET            
                            ;   FUNCTION   _delay1   (END)  
  天~~~奇迹出现了......我想这个程序应该已经可以满足一般情况下的需要了。如果列个表格的话：  
  i         delay   time/us  
  1         5  
  2         7  
  3         9  
  ...  
  计算延时时间时，已经算上了调用函数的lcall语句所花的2个时钟周期的时间。  
          终于，结果已经明了了。只要合理的运用，C还是可以达到意想不到的效果。很多朋友抱怨C效率比汇编差了很多，其实如果对Keil   C的编译原理有一个较深入的理解，是可以通过恰当的语法运用，让生成的C代码达到最优化。即使这看起来不大可能，但还是有一些简单的原则可循的：1.尽量使用unsigned型的数据结构。2.尽量使用char型，实在不够用再用int，然后才是long。3.如果有可能，不要用浮点型。4.使用简洁的代码，因为按照经验，简洁的C代码往往可以生成简洁的目标代码（虽说不是在所有的情况下都成立）。5...想不起来了，哦呵呵呵~~~