51單片機(jī) Keil C 延時(shí)程序的簡單研究 
作者：InfiniteSpace Studio/isjfk 
  

51單片機(jī) Keil C 延時(shí)程序的簡單研究 

by: InfiniteSpace Studio/isjfk, 1.21.2004 

任何人都可以在注明原作者和出處的前提下隨意轉(zhuǎn)載這篇文章，但不得用于商業(yè)目的。 


    應(yīng)用單片機(jī)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)遇到需要短時(shí)間延時(shí)的情況。需要的延時(shí)時(shí)間很短，一般都是幾十到幾百微妙(us)。有時(shí)候還需要很高的精度，比如用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)DS18B20的時(shí)候，誤差容許的范圍在十幾u(yù)s以內(nèi)，不然很容易出錯(cuò)。這種情況下，用計(jì)時(shí)器往往有點(diǎn)小題大做。而在極端的情況下，計(jì)時(shí)器甚至已經(jīng)全部派上了別的用途。這時(shí)就需要我們另想別的辦法了。 
    以前用匯編語言寫單片機(jī)程序的時(shí)候，這個(gè)問題還是相對容易解決的。比如用的是12MHz晶振的51，打算延時(shí)20us，只要用下面的代碼，就可以滿足一般的需要： 
        mov     r0, #09h 
loop:   djnz    r0, loop 
51單片機(jī)的指令周期是晶振頻率的1/12，也就是1us一個(gè)周期。mov r0, #09h需要2個(gè)極其周期，djnz也需要2個(gè)極其周期。那么存在r0里的數(shù)就是(20-2)/2。用這種方法，可以非常方便的實(shí)現(xiàn)256us以下時(shí)間的延時(shí)。如果需要更長時(shí)間，可以使用兩層嵌套。而且精度可以達(dá)到2us，一般來說，這已經(jīng)足夠了。 
    現(xiàn)在，應(yīng)用更廣泛的毫無疑問是Keil的C編譯器。相對匯編來說，C固然有很多優(yōu)點(diǎn)，比如程序易維護(hù)，便于理解，適合大的項(xiàng)目。但缺點(diǎn)（我覺得這是C的唯一一個(gè)缺點(diǎn)了）就是實(shí)時(shí)性沒有保證，無法預(yù)測代碼執(zhí)行的指令周期。因而在實(shí)時(shí)性要求高的場合，還需要匯編和C的聯(lián)合應(yīng)用。但是是不是這樣一個(gè)延時(shí)程序，也需要用匯編來實(shí)現(xiàn)呢？為了找到這個(gè)答案，我做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。 
    用C語言實(shí)現(xiàn)延時(shí)程序，首先想到的就是C常用的循環(huán)語句。下面這段代碼是我經(jīng)常在網(wǎng)上看到的： 
void delay2(unsigned char i) 
{ 
    for(; i != 0; i--); 
} 
到底這段代碼能達(dá)到多高的精度呢？為了直接衡量這段代碼的效果，我把 Keil C 根據(jù)這段代碼產(chǎn)生的匯編代碼找了出來： 
             ; 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~~~一看才知道這個(gè)延時(shí)程序是多么的不準(zhǔn)點(diǎn)~~~光看主要的那四條語句，就需要6個(gè)機(jī)器周期。也就是說，它的精度頂多也就是6us而已，這還沒算上一條 lcall 和一條 ret。如果我們把調(diào)用函數(shù)時(shí)賦的i值根延時(shí)長度列一個(gè)表的話，就是： 
i    delay time/us 
0    6 
1    12 
2    18 
... 
因?yàn)楹瘮?shù)的調(diào)用需要2個(gè)時(shí)鐘周期的lcall，所以delay time比從函數(shù)代碼的執(zhí)行時(shí)間多2。順便提一下，有的朋友寫的是這樣的代碼： 
void delay2(unsigned char i) 
{ 
    unsigned char a; 
    for(a = i; a != 0; a--); 
} 
可能有人認(rèn)為這會(huì)生成更長的匯編代碼來，但是事實(shí)證明： 
             ; 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) 
其生成的代碼是一樣的。不過這的確不是什么好的習(xí)慣。因?yàn)檫@里實(shí)在沒有必要再引入多余的變量。我們繼續(xù)討論正題。有的朋友為了得當(dāng)更長的延時(shí)，甚至用了這樣的代碼： 
void delay2(unsigned long i) 
{ 
    for(; i != 0; i--); 
} 
這段代碼產(chǎn)生的匯編代碼是什么樣子的？其實(shí)不用想也知道它是如何恐怖的$#^%&%$......讓我們看一看： 
             ; 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，這倒是的確可以延遲很長時(shí)間~~~但是毫無精度可言了。 
    那么，用C到底能不能實(shí)現(xiàn)精確的延時(shí)呢？我把代碼稍微改了一下： 
void delay1(unsigned char i) 
{ 
    while(i--); 
} 
因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)，越簡潔的C代碼往往也能得出越簡潔的機(jī)器代碼。那這樣結(jié)果如何呢？把它生成的匯編代碼拿出來看一看就知道了。滿懷希望的我按下了“Build target”鍵，結(jié)果打擊是巨大的： 
             ; 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) 
雖說生成的代碼跟用for語句是不大一樣，不過我可以毫無疑問的說，這兩種方法的效率是一樣的。似乎到此為止了，因?yàn)槲覍?shí)在想不出來源程序還有什么簡化的余地。看來我就要得出來這個(gè)結(jié)論了：“如果需要us級的延時(shí)精度，需要時(shí)用匯編語言。”但是真的是這樣嗎？我還是不甘心。因?yàn)槲也幌嘈糯竺ΧΦ?Keil C 編譯器居然連 djnz 都不會(huì)用？？？因?yàn)閷?shí)際上程序體里只需要一句 loop: djnz r7, loop。近乎絕望之際（往往人在這種情況下確可以爆發(fā)出來，哦呵呵呵~~~），我隨手改了一下： 
void delay1(unsigned char i) 
{ 
    while(--i); 
} 
心不在焉的編譯，看源碼： 
             ; 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~~~奇跡出現(xiàn)了......我想這個(gè)程序應(yīng)該已經(jīng)可以滿足一般情況下的需要了。如果列個(gè)表格的話： 
i    delay time/us 
1    5 
2    7 
3    9 
... 
計(jì)算延時(shí)時(shí)間時(shí)，已經(jīng)算上了調(diào)用函數(shù)的lcall語句所花的2個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間。 
    終于，結(jié)果已經(jīng)明了了。只要合理的運(yùn)用，C還是可以達(dá)到意想不到的效果。很多朋友抱怨C效率比匯編差了很多，其實(shí)如果對Keil C的編譯原理有一個(gè)較深入的理解，是可以通過恰當(dāng)?shù)恼Z法運(yùn)用，讓生成的C代碼達(dá)到最優(yōu)化。即使這看起來不大可能，但還是有一些簡單的原則可循的：1.盡量使用unsigned型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2.盡量使用char型，實(shí)在不夠用再用int，然后才是long。3.如果有可能，不要用浮點(diǎn)型。4.使用簡潔的代碼，因?yàn)榘凑战?jīng)驗(yàn)，簡潔的C代碼往往可以生成簡潔的目標(biāo)代碼（雖說不是在所有的情況下都成立）。5...想不起來了，哦呵呵呵~~~