C51中精确的延时与计算的实现

在C51中要实现对时间的精确延时有以下几种方法 
其一：对于延时很短的，要求在us级的，采用“_nop_”函数，这个函数相当汇编NOP指令，延时几微秒，就插入个这样的函数。 
其二：对于延时比较长的，要求在大于10us，采用C51中的循环语句来实现。 
在选择C51中循环语句时，要注意以下几个问题 
第一、定义的C51中循环变量，尽量采用无符号字符型变量。 
第二、在FOR循环语句中，尽量采用变量减减来做循环。 
第三、在do…while，while语句中，循环体内变量也采用减减方法。 
这因为在C51编译器中，对不同的循环方法，采用不同的指令来完成的。下面举例说明： 
unsigned char I; 
for(i=0;i<255;i++); 
  
unsigned char I; 
for(i=255;i>0;i--); 
其中，第二个循环语句C51编译后，就用DJNZ指令来完成，相当于如下指令： 
MOV　09H，＃0FFH 
LOOP：            DJNZ　09H，LOOP 
指令相当简洁，也很好计算精确的延时时间。 
同样对do…while，while循环语句中，也是如此 
例： 
unsigned char n; 
n=255; 
do{n--} 
while(n); 
或 
n=255; 
while(n) 
{n--}; 
这两个循环语句经过C51编译之后，形成DJNZ来完成的方法，故其精确时间的计算也很方便。 
其三：对于要求精确延时时间更长，这时就要采用循环嵌套的方法来实现，因此，循环嵌套的方法常用于达到ms级的延时。 
对于循环语句同样可以采用for，do…while，while结构来完成，每个循环体内的变量仍然采用无符号字符变量。 
unsigned char i,j 
for(i=255;i>0;i--) 
for(j=255;j>0;j--); 
或 
unsigned char i,j 
i=255; 
do{j=255; 
    do{j--} 
    while(j); 
    i--; 
    } 
while(i); 
或 
unsigned char i,j 
i=255; 
while(i) 
{j=255; 
while(j) 
{j--}; 
i--; 
} 
这三种方法都是用DJNZ指令嵌套实现循环的，由C51编译器用下面的指令组合来完成的 
MOV　R7，＃0FFH 
LOOP2：        MOV　R6，＃0FFH 
LOOP1：        DJNZ　R6，LOOP1 
DJNZ　R7，LOOP2 
这些指令的组合在汇编语言中采用DJNZ指令来做延时用，因此它的时间精确计算也是很简单，假上面变量i的初值为m，变量j的初值为n，则总延时时间为：m×（n×T＋T），其中T为DJNZ指令执行时间。 
同样对于更长时间的延时，可以采用多重循环来完成。只要在程序设计循环语句时注意以上几个问题。 
下面给出有关在C51中延时子程序设计时要注意的问题 
1、在C51中进行精确的延时子程序设计时，尽量不要或少在延时子程序中定义局部变量，所有的延时子程序中变量通过有参函数传递。 
2、在延时子程序设计时，采用do…while，结构做循环体要比for结构做循环体好。 
3、在延时子程序设计时，要进行循环体嵌套时，采用先内循环，再减减比先减减，再内循环要好。 
unsigned char delay(unsigned char i,unsigned char j,unsigned char k) 
{unsigned char b,c; 
    b=j; 
    c=k; 
    do{ 
do{ 
    do{k--}; 
    while(k); 
    k=c; 
    j--;}; 
while(j); 
j=b; 
i--;}; 
    while(i); 
} 
这精确延时子程序就被C51编译为有下面的指令组合完成 
delay延时子程序如下： 
                MOV      R6，05H 
                MOV      R4，03H 
C0012：        DJNZ      R3， C0012 
                MOV      R3，04H 
                DJNZ      R5， C0012 
                MOV      R5，06H 
                DJNZ      R7， C0012 
                RET    
假设参数变量i的初值为m，参数变量j的初值为n，参数变量k的初值为l，则总延时时间为：l×（n×（m×T＋2T）＋2T）＋3T，其中T为DJNZ和MOV指令执行的时间。当m=n=l时，精确延时为9T，最短；当m=n=l=256时，精确延时到16908803T，最长。 
  
采用软件定时的计算方法

利用指令执行周期设定，以下为一段延时程序：      
指令            周期  
MOV            1
DJNZ            2
NOP            1
采用循环方式定时，有程序：
            MOV      R5,#TIME2          ;周期1
LOOP1:      MOV      R6,#TIME1          ; 1
LOOP2:      NOP                        ; 1
      NOP                        ; 1
      DJNZ    R6,LOOP2              ; 2
            DJNZ      R5,LOOP1            ; 2
定时数=(TIME1*4+2+1)*TIM2*2+4 

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[转帖]Keil C51 延时程序的两次研究 
51单片机 Keil C 延时程序的简单研究

      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(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：
mov r0, #09h loop:
djnz r0, loop 
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：
void delay2(unsigned char i) 
{ for(; i != 0; i--); } 
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：
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：
i delay time/us 
0 6 
1 12 
2 18
... 
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：
void delay2(unsigned char i) 
{ 
unsigned char a; 
for(a = i; a != 0; a--);
} 
可能有人认为这会生成更长的汇编代码来，但是事实证明：
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：
void delay2(unsigned long i) 
{ 
for(; i != 0; i--); 
} 
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：
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，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：
void delay1(unsigned char i) 
{ 
while(i--);
} 
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：
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) 
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：
void delay1(unsigned char i) 
{
while(--i); 
} 
心不在焉的编译，看源码： 
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：
i delay time/us 
1 5 
2 7 
3 9 ... 
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）。
5...想不起来了，哦呵呵呵~~~ 
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C51精确延时程序

C51精确延时程序再抛砖
//我看到的地方也是从别的地方转贴，所以我不知道原作者是谁，但相信这么成熟的东西转一下他也不会见意。

看到了个好帖，我在此在它得基础上再抛抛砖！

有个好帖，从精度考虑，它得研究结果是：
void delay2(unsigned char i) 
        {
          while(--i); 
          } 
为最佳方法。

分析：假设外挂12M（之后都是在这基础上讨论）
我编译了下，传了些参数，并看了汇编代码，观察记录了下面的数据：
delay2(0):延时518us          518-2*256=6
delay2(1):延时7us（原帖写“5us”是错的，^_^）
delay2(10):延时25us            25-20=5
delay2(20):延时45us            45-40=5
delay2(100):延时205us          205-200=5
delay2(200):延时405us          405-400=5

见上可得可调度为2us，而最大误差为6us。
精度是很高了！

但这个程序的最大延时是为518us 显然不
能满足实际需要，因为很多时候需要延迟比较长的时间。

那么，接下来讨论将t分配为两个字节，即uint型的时候，会出现什么情况。

void delay8(uint t)
{
while(--t);
}
我编译了下，传了些参数，并看了汇编代码，观察记录了下面的数据：
delay8(0):延时524551us          524551-8*65536=263
delay8(1):延时15us
delay8(10):延时85us              85-80=5  
delay8(100):延时806us            806-800=6
delay8(1000):延时8009us          8009-8000=9
delay8(10000):延时80045us        80045-8000=45
delay8(65535):延时524542us      524542-524280=262

如果把这个程序的可调度看为8us，那么最大误差为263us，但这个延时程序还是不能满足要求的，因为延时最大为524.551ms。

那么用ulong t呢？
一定很恐怖，不用看编译后的汇编代码了。。。

那么如何得到比较小的可调度，可调范围大，并占用比较少得RAM呢？请看下面的程序：

/*--------------------------------------------------------------------
程序名称：50us 延时
注意事项：基于1MIPS，AT89系列对应12M晶振，W77、W78系列对应3M晶振
例子提示：调用delay_50us（20），得到1ms延时
全局变量：无
返回：      无
--------------------------------------------------------------------*/
void delay_50us(uint t)
{
uchar j;  
for(;t>0;t--)  
    for(j=19;j>0;j--) 
    ;
}

我编译了下，传了些参数，并看了汇编代码，观察记录了下面的数据：
delay_50us(1):延时63us              63-50=13
delay_50us(10):延时513us            503-500=13  
delay_50us(100):延时5013us          5013-5000=13
delay_50us(1000):延时50022us        50022-50000=22

赫赫，延时50ms，误差仅仅22us，作为C语言已经是可以接受了。再说要求再精确的话，就算是用汇编也得改用定时器了。

/*--------------------------------------------------------------------
程序名称：50ms 延时
注意事项：基于1MIPS，AT89系列对应12M晶振，W77、W78系列对应3M晶振
例子提示：调用delay_50ms（20），得到1s延时
全局变量：无
返回：      无
--------------------------------------------------------------------*/
void delay_50ms(uint t)
{
uint j;  
/****
可以在此加少许延时补偿，以祢补大数值传递时（如delay_50ms(1000)）造成的误差，
但付出的代价是造成传递小数值（delay_50ms(1)）造成更大的误差。
因为实际应用更多时候是传递小数值，所以补建议加补偿！
****/
for(;t>0;t--) 
    for(j=6245;j>0;j--) 
          ;
}
我编译了下，传了些参数，并看了汇编代码，观察记录了下面的数据：
delay_50ms(1):延时50 010            10us
delay_50ms(10):延时499 983          17us
delay_50ms(100):延时4 999 713        287us
delay_50ms(1000):延时4 997 022      2.978ms

赫赫，延时50s，误差仅仅2.978ms，可以接受！

上面程序没有才用long，也没采用3层以上的循环，而是将延时分拆为两个程序以提高精度。应该是比较好的做法了。