单片机延时程序,Keil C编译器实现
2021-04-26


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:

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:\

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:

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:

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:

可能有人认为这会生成更长的汇编代码来,但是事实证明:

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:

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:

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:

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:

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:

心不在焉的编译,看源码:

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:

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)。



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