单片机延时程序分析

任何单片机在工作之前都要有个复位的过程，复位是什么意思呢？它就象是我们上课之前打的预备铃。预备铃一响，大家就自动地从操场、其它地方进入教室了，在这一段时间里，是没有老师干预的，对单片机来说，是程序还没有开始执行，是在做准备工作。显然，准备工作不需要太长的时间，复位只需要5ms的时间就能了。如何进行复位呢？只要在单片机的RST管脚上加上高电平，就能了，按上面所说，时间不少于5ms。为了达到这个要求，能用很多种办法，这里供给一种供参考，见图1。实际上，我们在上一次实验的图中已见到过了。

这种复位电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是RST管脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始正常工作。

摘要实际的单片机应用系统开发过程中，由于程序功能的需要，经常编写各种延时程序，延时时间从数微秒到数秒不等，对于许多C51

开发者特别是初学者编制非常精确的延时程序有一定难度。本文从实际应用出发，讨论几种实用的编制精确延时程序和计算程序执行时间

的方法，并给出各种方法使用的详细步骤，以便读者能够很好地掌握理解。关键词 Keil C51 精确延时程序执行时间引言单片

机因具有体积小、功能强、成本低以及便于实现分布式控制而有非常广泛的应用领域[1]。单片机开发者在编制各种应用程序时经常会遇到

实现精确延时的问题，比如按键去抖、数据传输等操作都要在程序中插入一段或几段延时，时间从几十微秒到几秒。有时还要求有很高的

精度，如使用单总线芯片DS18B20时，允许误差范围在十几微秒以内[2]，否则，芯片无法工作。用51汇编语言写程序时，这种问题很容

易得到解决，而目前开发嵌入式系统软件的主流工具为C语言，用C51写延时程序时需要一些技巧[3]。因此，在多年单片机开发经验的基

础上，介绍几种实用的编制精确延时程序和计算程序执行时间的方法。实现延时通常有两种方法：一种是硬件延时，要用到定时器/计

数器，这种方法可以提高CPU的工作效率，也能做到精确延时；另一种是软件延时，这种方法主要采用循环体进行。1 使用定时器/

计数器实现精确延时单片机系统一般常选用11.059 2 MHz、12 MHz或6 MHz晶振。第一种更容易产生各种标准的波特率，后两

种的一个机器周期分别为1 μs和2 μs，便于精确延时。本程序中假设使用频率为12 MHz的晶振。最长的延时时间可达216=65 536 μs。

若定时器工作在方式2，则可实现极短时间的精确延时；如使用其他定时方式，则要考虑重装定时初值的时间（重装定时器初值占用2个机

器周期）。在实际应用中，定时常采用中断方式，如进行适当的循环可实现几秒甚至更长时间的延时。使用定时器/计数器延时从程序

的执行效率和稳定性两方面考虑都是最佳的方案。但应该注意，C51编写的中断服务程序编译后会自动加上PUSH ACC、PUSH PSW、POP PSW和POP ACC语句，执行时占用了4个机器周期；如程序中还有计数值加1语句，则又会占用1个机器周期。这些语句所消耗

的时间在计算定时初值时要考虑进去，从初值中减去以达到最小误差的目的。2 软件延时与时间计算在很多情况下，定时器/计数

器经常被用作其他用途，这时候就只能用软件方法延时。下面介绍几种软件延时的方法。2.1 短暂延时可以在C文件中通过使用带

_NOP_( )语句的函数实现，定义一系列不同的延时函数，如Delay10us( )、Delay25us( )、Delay40us( )等存放在一个自定义的C文件中，

需要时在主程序中直接调用。如延时10 μs的延时函数可编写如下：void Delay10us( ) {

_NOP_( );

_NOP_( );

_NOP_( );

_NOP_( );

_NOP_( );

_NOP_( );

}Delay10us( )函数中共用了6个_NOP_( )语句，每个语句执行时间为1 μs。主函数调用Delay10us( )时，先执行一个LCALL指令

（2 μs），然后执行6个_NOP_( )语句（6 μs），最后执行了一个RET指令（2 μs），所以执行上述函数时共需要10 μs。可以把这

一函数当作基本延时函数，在其他函数中调用，即嵌套调用\[4\]，以实现较长时间的延时；但需要注意，如在Delay40us( )中直接调用4次Delay10us( )函数，得到的延时时间将是42 μs，而不是40 μs。这是因为执行Delay40us( )时，先执行了一次LCALL指令（2 μs），然后

开始执行第一个Delay10us( )，执行完最后一个Delay10us( )时，直接返回到主程序。依此类推，如果是两层嵌套调用，如在Delay80us( )

中两次调用Delay40us( )，则也要先执行一次LCALL指令（2 μs），然后执行两次Delay40us( )函数（84 μs），所以，实际延时时间为

86 μs。简言之，只有最内层的函数执行RET指令。该指令直接返回到上级函数或主函数。如在Delay80μs( )中直接调用8次Delay10us( )，

此时的延时时间为82 μs。通过修改基本延时函数和适当的组合调用，上述方法可以实现不同时间的延时。2.2 在C51中嵌套汇编程序段

实现延时在C51中通过预处理指令#pragma asm和#pragma endasm可以嵌套汇编语言语句。用户编写的汇编语言紧跟在#pragma asm之后，在#pragma endasm之前结束。如：#pragma asm

…

汇编语言程序段

…

#pragma endasm延时函数可设置入口参数，可将参数定义为unsigned char、int或long型。根据参数与返回值的传递规则，

这时参数和函数返回值位于R7、R7R6、R7R6R5中。在应用时应注意以下几点：◆ #pragma asm、#pragma endasm不允许嵌套

使用；

◆在程序的开头应加上预处理指令#pragma asm，在该指令之前只能有注释或其他预处理指令；

◆当使用asm语句时，编译系统并不输出目标模块，而只输出汇编源文件；

◆ asm只能用小写字母，如果把asm写成大写，编译系统就把它作为普通变量；

◆ #pragma asm、#pragma endasm和asm只能在函数内使用。将汇编语言与C51结合起来，充分发挥各自的优势，无疑是单

片机开发人员的最佳选择。2.3 使用示波器确定延时时间熟悉硬件的开发人员，也可以利用示波器来测定延时程序执行时间。方法如

下：编写一个实现延时的函数，在该函数的开始置某个I/O口线如P1.0为高电平，在函数的最后清P1.0为低电平。在主程序中循环调用该