c語言delay的用法

　　在單片機(jī)應(yīng)用中，經(jīng)常會遇到需要短時(shí)間延時(shí)的情況，一般都是幾十到幾百μs，并且需要很高的精度(比如用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)DS18B20時(shí)，誤差容許的范圍在十幾μs以內(nèi)，不然很容易出錯(cuò));而某些情況下延時(shí)時(shí)間較長，用計(jì)時(shí)器往往有點(diǎn)小題大做。另外在特殊情況下，計(jì)時(shí)器甚至已經(jīng)全部用于其他方面的定時(shí)處理，此時(shí)就只能使用軟件定時(shí)了。下面小編就和大家分享下c語言delay的用法

　　1 C語言程序延時(shí)

　　Keil C51的編程語言常用的有2種： 一種是匯編語言;另一種是C 語言。用匯編語言寫單片機(jī)程序時(shí)，精確時(shí)間延時(shí)是相對容易解決的。比如，用的是晶振頻率為12 MHz的AT89C51，打算延時(shí)20 μs，51單片機(jī)的指令周期是晶振頻率的1/12，即一個(gè)機(jī)器周期為1 μs;“MOV R0,#X”需要2個(gè)機(jī)器周期，DJNZ也需要2個(gè)機(jī)器周期，單循環(huán)延時(shí)時(shí)間t=2X+3(X為裝入寄存器R0的時(shí)間常數(shù))[2]。這樣，存入R0里的數(shù)初始化為8即可，其精度可以達(dá)到1 μs。用這種方法，可以非常方便地實(shí)現(xiàn)512 μs以下時(shí)間的延時(shí)。如果需要更長時(shí)間，可以使用兩層或更多層的嵌套，當(dāng)然其精度誤差會隨著嵌套層的增加而成倍增加。

　　雖然匯編語言的機(jī)器代碼生成效率很高，但可讀性卻并不強(qiáng)，復(fù)雜一點(diǎn)的程序就更難讀懂;而C語言在大多數(shù)情況下，其機(jī)器代碼生成效率和匯編語言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過匯編語言，且C 語言還可以嵌入?yún)R編程序來解決高時(shí)效性的代碼編寫問題。就開發(fā)周期而言，中大型軟件的編寫使用C 語言的開發(fā)周期通常要比匯編語言短很多，因此研究C語言程序的精確延時(shí)性能具有重要的意義。

　　C程序中可使用不同類型的變量來進(jìn)行延時(shí)設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，使用unsigned char類型具有比unsigned int更優(yōu)化的代碼，在使用時(shí)應(yīng)該使用unsigned char作為延時(shí)變量。

　　2 單層循環(huán)延時(shí)精度分析

　　下面是進(jìn)行μs級延時(shí)的while程序代碼。

　　延時(shí)函數(shù)：

　　void delay1(unsigned char i) {

　　while(i );}

　　主函數(shù)：

　　void main() {

　　while(1) {

　　delay1(i);

　　}

　　}

　　使用Keil C51的反匯編功能，延時(shí)函數(shù)的匯編代碼如下：

　　C:0x00E6AE07MOVR6,0x07

　　C:0x00E81FDECR7

　　C:0x00E9EEMOVA,R6

　　C:0x00EA70FAJNZC:00E6

　　C:0x00EC22RET

　　圖1 斷點(diǎn)設(shè)置位置圖

　　通過對i賦值為10，在主程序中圖1所示的位置設(shè)置斷點(diǎn)。經(jīng)過測試，第1次執(zhí)行到斷點(diǎn)處的時(shí)間為457 μs，再次執(zhí)行到該處的時(shí)間為531 μs，第3次執(zhí)行到斷點(diǎn)處的時(shí)間為605 μs，10次while循環(huán)的時(shí)間為74 μs，整個(gè)測試結(jié)果如圖2所示。

　　圖2 使用i--方式測試仿真結(jié)果圖

　　通過對匯編代碼分析，時(shí)間延遲t=7X+4(其中X為i的取值)。測試表明，for循環(huán)方式雖然生成的代碼與用while語句不大一樣，但是這兩種方法的效率幾乎相同。C語言中的自減方式有兩種，前面都使用的是i--的方式，能不能使用--i方式來獲得不同的效果呢?將前面的主函數(shù)保持不變，delay1函數(shù)修改為下面的方式：

　　void delay1(unsigned char i) {

　　while(--i);}

　　同樣進(jìn)行反匯編，得到如下結(jié)果：

　　C:0x00E3DFFEDJNZR7,

　　C:00E3C:0x00E522RET

　　比較發(fā)現(xiàn)，--i的匯編代碼效率明顯高于i--方式。由于只有1條語句DJNZ，執(zhí)行只需要2個(gè)時(shí)鐘周期， 1個(gè)時(shí)鐘周期按1 μs計(jì)算，其延時(shí)精度為2 μs;另外，RET需要2個(gè)時(shí)鐘周期，能夠達(dá)到匯編語言代碼的效率。按前面的測試條件進(jìn)行測試，第1次執(zhí)行到斷點(diǎn)處的時(shí)間為437 μs，再次執(zhí)行到該處的時(shí)間為465 μs，第3次執(zhí)行到斷點(diǎn)處的時(shí)間為493 μs，10次while循環(huán)的時(shí)間為28 μs，整個(gè)測試結(jié)果如圖3所示。

　　圖3 使用--i方式測試仿真結(jié)果圖

　　調(diào)整i的取值，i取8時(shí)延時(shí)時(shí)間為24 μs，i取9時(shí)延時(shí)時(shí)間為26 μs。通過分析得出，10次循環(huán)為28 μs是由于外層循環(huán)造成的，其精度可以達(dá)到2 μs。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮參數(shù)傳遞和RET語句執(zhí)行所需要的時(shí)間周期。實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，for語句使用--i方式，同樣能夠達(dá)到與匯編代碼相同的精度。i取不同值時(shí)延時(shí)仿真結(jié)果如圖4所示。

　　圖4 i取不同值時(shí)延時(shí)仿真結(jié)果圖

　　3 多重嵌套下的C程序延時(shí)

　　在某些情況下，延時(shí)較長，僅使用單層循環(huán)方式是不能完成的。此時(shí)，只能使用多層循環(huán)方式，那么多重循環(huán)條件下，C程序的精度如何呢?下面是一個(gè)使用for語句實(shí)現(xiàn)1 s延時(shí)的函數(shù)。

　　延時(shí)函數(shù)

　　void delay1s(void) {

　　for(k=100;k>0;k--) //定時(shí)1 s

　　for(i=20;i>0;i--)

　　for(j=248;j>0;j--);

　　}

　　主函數(shù)調(diào)用延時(shí)函數(shù)代碼段：

　　while(1) {

　　delay1s();

　　scond+=1;

　　}

　　為了直接衡量這段代碼的效果，利用Keil C找出這段代碼產(chǎn)生的匯編代碼：

　　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

　　分析匯編代碼，其他匯編代碼使用的不是DJNZ跳轉(zhuǎn)方式，而是DEC和JNZ語句來實(shí)現(xiàn)循環(huán)判斷。1條JNZ指令要花費(fèi)2個(gè)時(shí)鐘周期，3條指令就需要6個(gè)機(jī)器周期，MOV指令和DEC指令各需要1小時(shí)鐘周期，1個(gè)時(shí)鐘周期按1 μs算，其精度最多達(dá)到8 μs，最后加上一條LCALL和一條RET語句，所以整個(gè)延時(shí)精度較差[4]。

　　利用Keil C的測試工具，在一處設(shè)置一個(gè)斷點(diǎn)。第1次執(zhí)行到中斷處的時(shí)間為0.000 513 s,第2次執(zhí)行到中斷處的時(shí)間為1.000 922 s,時(shí)間延遲為1.000 409 s，測試結(jié)果如圖5所示。對于上面的3種循環(huán)嵌套,循環(huán)次數(shù)為100×20×248=496 000,每次循環(huán)的時(shí)間約為2 μs。

　　圖5 三重嵌套循環(huán)1 s實(shí)現(xiàn)時(shí)間測試結(jié)果

　　為獲取與匯編語言延時(shí)的差距，同樣進(jìn)行1 s的延時(shí)，程序代碼段如下：

　　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

　　通過Keil C51測試，其實(shí)際延遲時(shí)間為0.997 943 s。雖然C語言實(shí)現(xiàn)延時(shí)方式的匯編代碼復(fù)雜度增加，但是與匯編語言實(shí)現(xiàn)的方式性能差距并不大。

　　4 總結(jié)

　　匯編語言在實(shí)時(shí)性方面具有較大的優(yōu)越性，雖然使用Keil C51可以在C語言程序中嵌入?yún)R編代碼，但是復(fù)雜度明顯提高。實(shí)驗(yàn)證明，只要合理地運(yùn)用C語言，在延時(shí)編程方面就可以達(dá)到與匯編語言相近的精度。為了獲得精確的時(shí)間延遲，可通過Keil C工具的仿真功能，調(diào)整延遲量，從而得到較理想的結(jié)果。