单片机的C语言延时程序.doc

单片机C语言环境延时程序设计 东北电力学院（132012） 盛文利摘 要：讨论运用C语言的单片机开发中，对于时序要求苛刻的延时的开发过程。实例说明在高级语言中，严格控制时序的可能性和注意事项。关键词：单片机 C语言 编译器 现在单片机的开发中，C语言以其方便、灵活、逻辑性强、易于维护和可移植性好等强大优势，占据了单片机开发的主要地位。过去，由于单片机C语言本身存在的缺陷，加之单片机工程本身都不大，C语言在单片机中的应用没有被重视。在C语言环境下，我们只需关心程序的逻辑关系，实现细节由编译器完成，这给我们快速开发提供了条件，也大大减小了开发工作量。但同时实现细节就不被控制了，这个问题对于经常重视实现细节的单片机，就必须得到解决。好在一般的C语言编译器都提供嵌入汇编、与汇编互调用和汇编级的代码察看等功能。现以KEIL C511下的一线总线器件程序开发为例，说明我的解决方法。1 一线总线协议器件一线总线协议（1 wire bus protocol）也叫做单总线协议，是单总线器件数据传输协议。因为数据（也可以包括电源）都由一条线来传输，没有辅助的数据同步信号，这时就只能由时序来解析协议内容。这样就只有依靠对时序的严格要求，来保障数据传输的准确性。单总线协议的信号主要有：初始化时序，包括复位脉冲和在线脉冲，是主机与器件的联络信号。然后是读、写时序。单总线器件完全依靠对线上的时序来做出响应，这些有效的时序称作时隙，也有称作时间片的，是同一词汇的不同翻译2。初始化时序时间裕度大，容易实现。读写脉冲对时序要求相对严格，尤其在慢速的MCS-51下，指令的运行在微妙级，而读写时序在15微秒的后小部分，大约4微秒，不同批次的芯片会有少许差距。有的会允许你的时序有少许误差，有的则非常严格。2 C语言编译器 在用汇编语言编写的程序时，很容易控制时间，因为我们知道每条语句的执行时间，每段宏的执行时间，每段子程序加调用语句所消耗的时间。在单片机的C语言开发中，C语言编译器都对标准C作了针对单片机特点的扩展。但对于不同的单片机，不同的C语言编译器在将源程序翻译成目标机器语言时，会有不同的编译方法，在生成目标代码时，会有所不同。开发人员必须研究它生成的汇编语言代码，来保证时间的准确性。这也许是除了使用嵌入汇编或直接编写汇编函数的唯一方法。其实在单片机的C编译器中，已经有足够的底层操作方面的扩展，所以这里只考虑纯C语言的方法。3. 延时程序设计我们以德国Keil公司的MCS-51C语言编译器为例，目前它已被公认为业界的标准。以下讨论均假设单片机时钟晶振为6兆的51芯片，以小模式下编译，这时MCS-51程序指令执行的最小单位是2微秒。如果使用非英特尔且内核优化过的单片机，应切换回普通模式，或仔细研究它的时序。以DS18B20为例，我们临时在程序中需要延时2微秒，那末可以用以下程序#include void somefunc(void) ；_nop_()；如果要延时64微秒甚至640微妙，我们不可能在程序中重复上述_nop_()，虽然这并不会出错。可以利用它来构建延时程序，精确定时的问题就变为延时程序的精度问题。我们先讨论以上的空 操作延时。3.1 空操作延时及延时函数注意到DS18B20最小时隙除大于一微秒的外，最小的就是15微秒。而数据的读或写也包含在这15微秒中。由于定时器的延时要对定时器进行初始化，不易得到小的延时。只能用于复位脉冲，即在480至960微秒之间的延时，程序实现接近960微秒的延时;TH0 = -950/256;TL0 = -950%256;TMOD= TMOD|0x01TR0 = 1;定时器启后，单片机可以作其他事情，如复位看门狗，或LED扫描。而调用的短延时函数必需精确的受到控制，先作一个几微秒的延时实验程序，以观察它实际的延时时间，又因为我们在汇编时代常用的延时指令为MOV R7， DDLYDJNZ R7，$以便产生最小4微秒的延时，仿造的C程序如下void delay1(ndly)for(；ndly0；ndly-) ；生成的汇编代码却与DJNZ无关，是如下形式，其中无关的编译注释已删除RSEG ?PR?_delay1?DLY2_delay1:USING0?C0006:MOV A,R7 ；2usSETB C ；2usSUBB A,#00H ；2usJC ?C0009 ；2usDEC R7 ；2usSJMP ?C0006 ；4us?C0009:RET ；4us; END OF _delay1延时至少18微秒，无法用于读写时隙。改用如下程序void delay2(unsigned char vd) for (vd=0； vd10；vd+) ；生成的汇编代码如下RSEG ?PR?_delay2?DLY2_delay2:USING0CLR A ；2usMOV R7,A ；2us?C0002:INC R7 ；2usCJNE R7,#0AH,?C0002 ；4us?C0005:RET ；4us; END OF _delay2以上代码调用一次也有14微秒之多，还是无法使用。也就是说采用for形式的语句，生成的汇编代码都是先减，再比较，还是与DJNZ无关，也就不能产生短延时。3.2短延时程序编写首先想到的是用汇编语言函数，或嵌入汇编的方法，例如汇编语言函数实现NAMEDLY?PR?_delay3?DLY SEGMENT CODEPUBLIC_delay3RSEG ?PR?_delay3?DLY_delay3: DJNZ R7, $ ；4us RET ；4usEND或嵌入汇编的方法，void delay4(unsigned char vd)#pragma asm djnz R7, $ ； #pragma endasm编译后的形式?PR?_delay4?DLY SEGMENT CODE ?DT?_delay4?DLY SEGMENT DATA OVERLAYABLE PUBLIC_delay4RSEG ?DT?_delay4?DLY2?_delay4?BYTE:vd?040: DS 1RSEG ?PR?_delay4?DLY2_delay4:MOV vd?040,R7 ；2us djnz R7, $ ；RET ； END OF _delay4注意这里用于参数传递的R7，被复制保存起来了，这样在调用时，比汇编书写的函数多出2微秒。 除此之外，我们还是可以编出全C的类似函数void delay5(unsigned char vd) do vd-; while(vd);编译后RSEG ?PR?_delay5?DLY3_delay5:USING0?C0003:DJNZ R7,?C0003RET 看来DO_WHILE是和DJNZ相对应编译的。4 调用时间和某些细节除了直接插入_nop_()语句的短时间延时，在稍长的时间多变的延时程序中，往往需要调用上节讨论的延时函数来完成延时，其中以汇编语言函数和DO_WHILE最易控制，以为他们只有一条延时指令 DJNZ R7, $这时，一定注意在函数传递的参数(通过R7付值)要2微秒，调用函数时执行的LCALL语句的4微秒，在函数返回时，RET指令的4微秒，还要至少执行DJNZ指令（R7为0，djnz后R7=256）4微秒,所以至少为14微秒，这应该是函数调用延时的极限状态。另外还要注意对于连续调用的函数例如：； void delay 1(void)； void delay2 (void)； ；生成的汇编语言代码不是lcall delay1;lcall delay2;他被编译器优化，在调用delay1进入并执行该函数，返回前直接跳入delay2执行，类似于delay1：ljmp delay 2;由delay 2执行RET返回，这样连续调用两个函数时，就变成一次调用加跳转，结果会省去2微秒。解决了延时问题，再根据参考文献2，可写出读字节程序unsigned char read_byte(void) unsigned char i； unsigned char value = 0； for (i=0；i=1; /2us D0 = 0；/ pull DQ low to start timeslot _nop_()； /2us _nop_()； /2us _nop_()； /2usD0 = 1； / then return high _nop_()； /2us _nop_()； /2us if(D0) value|=0x80； _nop_(); /2us delay(10)；/ wait for rest of timeslot return(value);写一字节的程序void write_byte(unsigned char val) unsigned char i； for (i=0； i1； delay（10） ； /because the write time must just fit for, D0 = 1; delay(2); 完整的18B20数据采集程序，再附件中，（可放在网上），其中包含了CRC校验。5 结论在现代竞争激烈的商品经济环境下，高级语言的运用大大提高了开发效率。在C等高级语言编写这类时间要求严格的程序时，分析最终的目标汇编代码是无法避免的。在现代带有集成开发环境的编译器中，有软件仿真，或是有硬件调试功能，都给精确定时程序的开发带来方便。充分发挥软件工具的潜力，才能真正在各种环境下发