单片机C语言的精确延时程序设计

法 在生成目标代码时 会有所不同 开发人员必须研 究它生成的汇编语言代码 来保证时间的准确性 这也 许是除了使用嵌入汇编或直接编写汇编函数的唯一方 法 其实在单片机的 Ｃ 编译器中 已经有足够底层操作 方面的扩展 所以这里只考虑纯 Ｃ 语言的方法
３ 延时程序设计
以德国 Ｋｅｉｌ 公司的 Ｃ ５ １ 编译器为例 目前它已被公 认为业界的标准 以下讨论均假设 ５ １ 单片机时钟晶振 为 ６ Ｍ Ｈ ｚ 以小模式下编译 这时程序指令执行的最小 单位是 ２ ｓ 如果使用非英特尔且内核优化过的单片 机 应切换回普通Fra Baidu bibliotek式 或仔细研究它的时序 以 Ｄ Ｓ １ ８ Ｂ ２ ０ 为例 临时在程序中需要延时 ２ ｓ 那么可以 用下述程序
１ 单总线协议器件
单总线协议（１ ｗｉｒｅ ｂｕｓ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）是单总线器件数据传 输协议 因为数据（ 也可以包括电源） 都由一条线来传 输 没有辅助的数据同步信号 这时就只能由时序来解 析协议内容 这样就只有依靠对时序的严格要求 来保 障数据传输的准确性
单总线协议的信号主要有 初始化时序（ 包括复位 脉冲和在线脉冲 是主机与器件的联络信号） 和读 写 时序 单总线器件完全依靠对线上的时序来做出响应 这些有效的时序称作时隙 也有称作时间片的 是同一 词汇的不同翻译（ 见参考文献［２］）
＃ｉｎｃｌｕｄｅ＜ ｉｎｔｒｉｎｓ．ｈ＞ ｖｏｉｄ ｓｏｍｅｆｕｎｃ（ｖｏｉｄ） ｛ ＿ｎｏｐ＿（） ｝
如果要延时 ６４ ｓ 甚至 ６４０ ｓ 那么不可能在程序 中重复上述 ＿ ｎ ｏ ｐ ＿ （ ） 虽然这并不会出错 可以利用它 来构建延时程序 精确定时的问题就变为延时程序的精 度问题 首先讨论空操作延时
初始化时序时间裕度大 容易实现 读写脉冲对时 序要求相对严格 尤其在慢速的 Ｍ Ｃ Ｓ － ５ １ 下 指令的运 行在 ｓ 级 读写时序在 １５ ｓ 的后一小部分 大约 ４ ｓ 不同批次的芯片会有少许差距 有的会允许你的时序有 少许误差 有的则非常严格
２ Ｃ 语言编译器
在用汇编语言编写程序时 很容易控制时间 因为 我们知道每条语句的执行时间 每段宏的执行时间以及 每段子程序加调用语句所消耗的时间 在单片机的 Ｃ 语 言开发中 Ｃ 语言编译器都对标准 Ｃ 作了针对单片机特 点的扩展 但对于不同的单片机 不同的 Ｃ 语言编译器 在将源程序翻译成目标机器语言时 会有不同的编译方
定时器启动后 单片机可以作其它事情 如复位看 门狗或 Ｌ Ｅ Ｄ 扫描
调用的短延时函数必须精确地受到控制 先作一个
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万方数据
经验交流
EXPERIENCE EXCHANGE
几 ｓ 的延时实验程序 以观察它实际的延时时间 在
３．１ 空操作延时及延时函数
注意到 Ｄ Ｓ １ ８ Ｂ ２ ０ 最小时隙除大于 １ ｓ 的外 最小 的就是 １ ５ ｓ 而数据的读或写也包含在这 １ ５ ｓ 中 由于定时器的延时要对定时器进行初始化 不易得到小 的延时 只能用于复位脉冲 即在 ４ ８ ０ ￣ ９ ６ ０ ｓ 之间的 延时 程序实现接近 ９ ６ ０ ｓ 的延时 ＴＨ０ ＝ －９５０／２５６； ＴＬ０ ＝ －９５０％２５６； ＴＭＯＤ＝ ＴＭＯＤ｜０ｘ０１ ＴＲ０ ＝ １；
生成的汇编语言代码不是 ＬＣＡＬＬ ｄｅｌａｙ１； ＬＣＡＬＬ ｄｅｌａｙ２；
它被编译器优化 在调用 ｄｅｌａｙ１ 进入并执行该函数 返回前直接跳入 ｄ ｅ ｌ ａ ｙ ２ 执行 类似于 ｄｅｌａｙ１
ＬＪＭＰ ｄｅｌａｙ ２；
由 ｄｅｌａｙ ２ 执行 ＲＥＴ 返回 这样连续调用两个函数时
就变成一次调用加跳转 结果会省去 ２ ｓ 解决了延
＿ｎｏｐ＿（）
／／２ ｓ
＿ｎｏｐ＿（）
／／２ ｓ
＿ｎｏｐ＿（）
／／２ ｓ
Ｄ０ ＝ １
／ ／ 恢复高电平
＿ｎｏｐ＿（）
／／２ ｓ
＿ｎｏｐ＿（）
／／２ ｓ
ｉｆ（Ｄ０） ｖａｌｕｅ｜＝０ｘ８０ ＿ｎｏｐ＿（）； ／／２ ｓ
ｄｅｌａｙ（１０）
／ ／ 等待
｝
＿ｄｅｌａｙ４：
Ｍ Ｏ Ｖ ｖｄ？０４０，Ｒ７
２ｓ
ＤＪＮＺ Ｒ７， ￥
ＲＥＴ
ＥＮＤ ＯＦ ＿ｄｅｌａｙ４
注意 这里用于参数传递的 Ｒ ７ 被复制保存起来了
这样在调用时 比汇编书写的函数多出 ２ ｓ
除此之外 还是可以编出全 Ｃ 的类似函数
ｖｏｉｄ ｄｅｌａｙ５（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｖｄ）
｛ ｄｏ ｛ｖｄ－－；
参考文献
１ Ｋｅｉｌ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｋｅｉｌ ｕＶｉｓｉｏｎ２ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｋｅｉｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｋ ＧｍｂＨ／Ｋｅｉｌ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｉｎｃ １９９５
２ ＤＡＬＬＡＳ ＭＡＸＩＭ 产品资料光盘 ６．０版， ２００２ 收稿日期 ２００４－０６－０１
ＰＵＢＬＩＣ ＿ｄｅｌａｙ３
ＲＳＥＧ ？ＰＲ？＿ｄｅｌａｙ３？ＤＬＹ
＿ｄｅｌａｙ３：
ＤＪＮＺ Ｒ７， ￥ ４ ｓ
ＲＥＴ
４ｓ
ＥＮＤ
嵌入汇编的方法如下
ｖｏｉｄ ｄｅｌａｙ４（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｖｄ）
｛ ＃ｐｒａｇｍａ ａｓｍ
ＤＪＮＺ Ｒ７， ￥
＃ｐｒａｇｍａ ｅｎｄａｓｍ
｝
编译后的形式
以上代码调用一次也有 １４ ｓ 之多 还是无法使用
也就是说 采用 ｆ ｏ ｒ 形式的语句 生成的汇编代码都是
先减 再比较 还是与 Ｄ Ｊ Ｎ Ｚ 无关 也就不能产生短
延时
３．２ 短延时程序编写
首先想到的是用汇编语言函数或嵌入汇编的方法 汇编语言函数实现方法如下
Ｎ Ａ Ｍ Ｅ ＤＬＹ
？ＰＲ？＿ｄｅｌａｙ３？ＤＬＹ ＳＥＧＭＥＮＴ ＣＯＤＥ
｛ ｆｏｒ （ｖｄ＝０ ｖｄ＜１０ ｖｄ＋＋）
｝
生成的汇编代码如下
ＲＳＥＧ ？ＰＲ？＿ｄｅｌａｙ２？ＤＬＹ２
＿ｄｅｌａｙ２：
ＵＳＩＮＧ０
ＣＬＲ Ａ
２ｓ
Ｍ Ｏ Ｖ Ｒ７，Ａ
２ｓ
？Ｃ０００２：
ＩＮＣ Ｒ７
２ｓ
Ｃ Ｊ Ｎ Ｅ Ｒ７，＃０ＡＨ，？Ｃ０００２ ４ ｓ
？Ｃ０００５：
ＲＥＴ
４ｓ
； ＥＮＤ ＯＦ ＿ ｄｅｌａｙ２
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２００４．１０
万方数据
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控制 因为只有一条延时指令 Ｄ Ｊ Ｎ Ｚ Ｒ ７ ， ￥ 这时 一 定注意函数传递的参数（ 通过 Ｒ ７ 赋值） 要 ２ ｓ 调用函 数时执行的 Ｌ Ｃ Ａ Ｌ Ｌ 语句的 ４ ｓ 在函数返回时 Ｒ Ｅ Ｔ 指令的 ４ ｓ 还要至少执行 Ｄ Ｊ Ｎ Ｚ 指令（ Ｒ ７ 为 ０ Ｄ Ｊ Ｎ Ｚ 后 Ｒ７＝２５６）４ ｓ 所以至少为 １４ ｓ 这应该是函数调 用延时的极限状态 另外还要注意对于连续调用的函 数 例如 ｛ ｖｏｉｄ ｄｅｌａｙ １（ｖｏｉｄ） ｖｏｉｄ ｄｅｌａｙ２ （ｖｏｉｄ） ｝
时问题 再根据参考文献［ ２ ］ 可写出读字节程序
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｒｅａｄ＿ｂｙｔｅ（ｖｏｉｄ）
｛ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｉ
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｖａｌｕｅ ＝ ０
ｆｏｒ （ｉ＝０ ｉ＜８ ｉ＋＋）
｛ ｖａｌｕｅ＞＞＝１；
／／２ ｓ
Ｄ０ ＝ ０
／ ／ 把ＤＱ拉低启动
列单片机进行产品开发工程技术人员的硬件和软件设计参考书 部分内容对其它类型单片机的开发也具有一定的参考价值
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万方数据
ｖａｌ＝ｖａｌ＞＞１
ｄｅｌａｙ（１０）
／／因为写时间必须匹配
Ｄ０ ＝ １；
｝
ｄｅｌａｙ（２）；
｝
完整的 １ ８ Ｂ ２ ０ 数据采集程序见本刊网站 ｗ ｗ ｗ ． ｄ ｐ ｊ ．
ｃ ｏ ｍ ． ｃ ｎ 其中包含了 ＣＲＣ 校验
５ 结 论
在现代竞争激烈的商品经济环境下 高级语言的运 用大大提高了开发效率 在用 Ｃ 等高级语言编写这类时 间要求严格的程序时 分析最终的目标汇编代码是无法 避免的 在现代带有集成开发环境的编译器中 有软件 仿真 或有硬件调试功能 都给精确定时程序的开发带 来方便 充分发挥软件工具的潜力 才能真正在各种环 境下发挥高级语言带来的最大好处 效率
＿ｄｅｌａｙ１：
ＵＳＩＮＧ０
？Ｃ０００６：
Ｍ Ｏ Ｖ Ａ，Ｒ７
２ｓ
ＳＥＴＢ Ｃ
２ｓ
Ｓ Ｕ Ｂ Ｂ Ａ，＃００Ｈ
２ｓ
ＪＣ ？Ｃ０００９
２ｓ
Ｄ Ｅ Ｃ Ｒ７
２ｓ
Ｓ Ｊ Ｍ Ｐ ？Ｃ０００６
４ｓ
？Ｃ０００９：
ＲＥＴ
４ｓ
； ＥＮＤ ＯＦ ＿ｄｅｌａｙ１
延时至少 １８ ｓ 无法用于读写时隙 改用如下程序
ｖｏｉｄ ｄｅｌａｙ２（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｖｄ）
？ＰＲ？＿ｄｅｌａｙ４？ＤＬＹ ＳＥＧＭＥＮＴ ＣＯＤＥ
？ＤＴ？＿ｄｅｌａｙ４？ＤＬＹ ＳＥＧＭＥＮＴ ＤＡＴＡ ＯＶＥＲＬＡＹＡＢＬＥ ＰＵＢＬＩＣ
＿ｄｅｌａｙ４
ＲＳＥＧ ？ＤＴ？＿ｄｅｌａｙ４？ＤＬＹ２
？＿ｄｅｌａｙ４？ＢＹＴＥ：
ｖｄ？０４０： ＤＳ １
ＲＳＥＧ ？ＰＲ？＿ｄｅｌａｙ４？ＤＬＹ２
新书介绍
C8051F 系 列 单 片 机 开 发 与 C 语 言 编 程 含 光 盘
童长飞 编著
北京航空航天大学出版社出版 即将出版
在介绍 C8 0 5 1Fx x x 单片机工作原理的基础上 对单片机外设 ADC DA C 比较器 定时器 方波输出和定时器捕捉 PWM 等均给出了调试代码 在总线方面 对 CA N SMBUS I2C SPI UART 均给出了双机调试代码和一些高层应用 以帮助读者 更好地理解单片机工作原理 书中还包括 LCD 红外编码解码 步进电机 直流电机 舵机 超声测距 I 2C ROM 串行时钟 等方面的应用 以提高实用性 本书特点是实例较多 而且采用 C 语言编程 程序代码可读性和移植性强 大部分代码稍加修改即 可成为其它型号单片机子程序 书中附光盘一张 包含书中所有例程的源代码 原理图及相关开发软件 本书可作为使用 C8 051 F 系
｝ ｗｈｉｌｅ（ｖｄ）；
｝
编译后
ＲＳＥＧ ？ＰＲ？＿ｄｅｌａｙ５？ＤＬＹ３
＿ｄｅｌａｙ５：
ＵＳＩＮＧ０
？Ｃ０００３：
Ｄ Ｊ Ｎ Ｚ Ｒ７，？Ｃ０００３
ＲＥＴ
看来 ｄｏ－ｗｈｉｌｅ 是和 ＤＪＮＺ 相对应编译的
４ 调用时间和某些细节
除了直接插入 ＿ ｎ ｏ ｐ ＿ （ ） 语句的短时间延时 在稍长 时间的多变延时程序中 往往需要调用上节讨论的延时 函数来完成延时 其中以汇编语言函数和 ｄｏ－ｗｈ ｉ ｌ ｅ 最易
ｒｅｔｕｒｎ（ｖａｌｕｅ）；
｝
写 １ 字节的程序
ｖｏｉｄ ｗｒｉｔｅ＿ｂｙｔｅ（ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｖａｌ）
｛ ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｉ
ｆｏｒ （ｉ＝０ ｉ＜８ ｉ＋＋） ｛
Ｄ０ ＝ ０
／／ 把ＤＱ拉低启动
ｄｅｌａｙ（１）
／／为４时不能读
Ｄ０ ＝ ｖａｌ＆０ｘ０１
汇编时代常用的延时指令为
ＭＯＶ Ｒ７ ＤＤＬＹ
ＤＪＮＺ Ｒ７ ￥
产生最小 ４ ｓ 的延时 仿造的 Ｃ 程序如下
ｖｏｉｄ ｄｅｌａｙ１（ｎｄｌｙ）
｛ｆｏｒ（ ｎｄｌｙ＞０ ｎｄｌｙ－－）
｝
生成的汇编代码与 Ｄ Ｊ Ｎ Ｚ 无关 是如下形式的 其
中无关的编译注释已删除
ＲＳＥＧ ？ＰＲ？＿ｄｅｌａｙ１？ＤＬＹ２
EXPERIENCE EXCHANGE 经验交流
单片机 Ｃ 语言的精确延时程序设计
东北电力学院 盛文利
现在单片机的开发中 Ｃ 语言以其方便 灵活 逻 辑性强 易于维护和可移植性好等强大优势 占据了单 片机开发的主要地位 过去 由于单片机 Ｃ 语言本身存 在的缺陷 加之单片机工程项目本身都不大 Ｃ 语言在 单片机中的应用没有被重视 在 Ｃ 语言环境下 只需关 心程序的逻辑关系 实现细节则由编译器完成 这为快 速开发提供了条件 也大大减小了开发工作量 但同 时 实现细节就不被控制了 这个问题对于经常重视实 现细节的单片机 就必须要得到解决 好在一般的 Ｃ 语 言编译器都提供嵌入汇编 与汇编互调用和汇编级的代 码察看等功能 现以 Ｋｅｉｌ Ｃ５１（见参考文献［１］）下的单总线 器件程序开发为例 说明解决方法