单片机延时程序分析

单片机延时程序分析应用单片机的时候，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微妙(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。

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。

扩展阅读：C51延时程序分析