单片机C语言精确延时分析

前阵子 琢磨了 ds18b20 温度测控芯片 一直对单片机的延时问题 留有疑惑 花了一下午时间 用 keil 逐步调试和proteus 仿真 对延时问题 做了一些分析

通常 单片机在对时间要求精确的情况下 会使用汇编 来实现相应的模块 通过计算其相应的机器周期 命令执行周期 可以得到精确的时间控制

C语言下 常用的延时 方法 有 for 循环 和 while() 循环 和 定时器延时

但是使用 for 循环 得到的延时效果 不够精确 执行一次 可能会有 10多us 原因已经有人 做了分析
一般单片机 C语言编程 需要经过 编译 将其 转为 汇编代码后 再生成16进制文件

在keil 下 点击菜单栏 flash -> Configure Flash tools 打开 options 窗口 在 listing下
勾选 assembly Code 选项 可以查看C语言编译生成的 .lst 汇编文件

而for循环 编译生成的 汇编代码 执行周期较长 不适合做精确延时 这里不做讨论 详见:51单片机 Keil C 延时程序的简单研究

1. while(i--) 循环

编译后对应的 汇编代码如下：

;---- Variable 'i' assigned to Register 'R6/R7' ----

0007 ?C0001:
0007 EF MOV A,R7
0008 1F DEC R7
0009 AC06 MOV R4,AR6
000B 7001 JNZ ?C0041
000D 1E DEC R6
000E ?C0041:
000E 4C ORL A,R4
000F 70F6 JNZ ?C0001
0011 ?C0002:
0011 ?C0003:
0011 22 RET

这里为 i 为unsigned int 情况下的编译结果 通过计算其 执行周期可得 执行一次所需时间为 9us

当 i 为 unsigned char 无符号字符串 时, 执行一次为6us ; (本数据皆为在keil 4 编译器 12Mhz 晶震下获得 )
当 i 为 unsigned int 无符号字符串 时, 执行一次为 9us ;

2. while (--i)循环

编译后对应的 汇编代码如下：

;---- Variable 'i' assigned to Register 'R7' ----

0000 ?C0004:
0000 DFFE DJNZ R7,?C0004
0002 ?C0006:
0002 22 RET
这里为 i 为unsigned char 情况下的编译结果 通过计算其 执行周期可得 执行一次所需时间为 2us

当 i 为 unsigned char 无符号字符串 时, 执行一次 为 2us ;
当 i 为 unsigned int 无符号字符串 时, 执行一次 需要 8us ;

3. 通过 定时器 计时

前两种方法 都忽略了当执行到该程序时需要的跳转时间
一般在代码中 延时函数 都会单独写成一个函数 比如：

// 延时函数
void delay(uint t)//每次9us
{
while(t--);
}

方便其他函数调用 但是在其他函数调用的过程中 跳转也需要几微秒的时间 所以当延时时间很小时 可以直接用
_nop_() （1us）; 替代 或者直接 用 while(--i); 不要调用函数

定时器计时 时 尤其不能忽略这种因素 程序跳转需要的时间 配置 TH0 TL0 TMOD 等指令都会耗费时间 如果较短时间的延时 当然不适合用这种方法 还需要注意的是 不要将TH0 TL0 的初值计算过程 写在计时函数里
因为TH0 TL0计算 过程涉及到 乘除法 一个指令就可能耗费 几百us 当然定时的结果 是错误的
应该在调用 计时函数前 先计算好 TH0 TL0 再传参给计时函数

eg.
void timer(uint th0,uint tl0)
{
TMOD = 0x01; //启用T0 计时器 工作方式1
TH0 = th0;
TL0 = tl0;
EA = 0;//禁止中断
ET0 =0;
TR0 = 1; //开始T0计数
while( TF0 == 0 );
TF0 = 0; // 清除T0 溢出标志位
TR0 = 0; //关闭T0计数

}