延时

Author : wyl_e QQ : 404530302 E-mail : wyl-e@163.com blog : http://blog.ednchina.com/wyl_e/ C51 精确延时函数的编写及调试 Author : wyl_e QQ : 404530302 E-mail : wyl-e@163.com Blog : http://blog.ednchina.com/wyl_e/ 1-8 Do Not Copy! Author : wyl_e QQ : 404530302 E-mail : wyl-e@163.com blog : http://blog.ednchina.com/wyl_e/ 2-8 Do Not Copy! 前 言 本文详细分析了函数及循环语句的执行过程，介绍了用 C51 编写和调试精 确延时程序的方法。 在单片机程序设计过程中，实现精确的时间控制通常可以采用定时或延时的 方法。传统的定时器定时的方法可实现 1 个机器周期的精确的时间控制；神圣的 汇编语言同样可以实现 1 个机器周期的精确延时；而 C51，不能直观的计算出执 行周期，精确延时似乎难以实现。以至于，执着于汇编程序设计的前辈们经常将 C51 的这些缺点否定得一无是处（曾在某公司，唯我使用 C51。当有一次牵涉到时间控制的时候， 我的领导：“C 语言延时是不精确的，我们某产品上的 DS18B20，程序是用汇编写的，用 C 就没法控制” ——荒唐）；而使用 C51 的新手也因这些问题而烦恼（论坛、QQ 群，咨询 C51 延时的相关 问题的真是太多了）。当 C51 新手提到此类问题的时候，习惯了计算汇编代码的执行 周期的高手当然会毫不吝啬的将自己的方法告诉他们。这方法似乎太麻烦了吧？ 那么，采用什么样的方法可以方便的计算出 C51 代码的执行周期而实现精确定 时呢？请看下文…… 本文所涉及的知识内容系本人在工作中积累的成果，Copy Rights 归本人所 有。 时间匆促，疏漏难免，敬请指正，3KS！ Author : wyl_e QQ : 404530302 E-mail : wyl-e@163.com blog : http://blog.ednchina.com/wyl_e/ 一 、 C 函 数 的 执 行 周 期 的 计 算 方 法 1、预备知识： 要编写一个精确延时函数，我们首先要了解一般延时函数的执行周期的计算 方法。 要点：函数入口、返回过程；循环语句的循环过程。 函数调用过程与图2.1所示： 达式 语句 0 1 图2.1 图2.2 可见，函数调用包括了入口（调用）、内部代码执行、返回三个过程。那么 一个被调用函数的的执行周期就是该函数的入口周期、内部代码的执行周期、函 数返回的周期之和。 例如：某一函数F，入口周期为TE，返回周期为TR，内部代码执行周期为TI， 该函数的执行周期：TF =TE+TR+TI 。 通常我们编写的延时函数是一个有限带参循环。那么，要求出该函数的执行 周期，除了要知道入口周期、返回周期，我们还要知道内部代码的执行周期，即 带参循环的执行周期，才可以求出该函数在带实参调用后的执行周期了。 我们拟在延时函数中使用while()语句来实现循环，while()语句的执行过程如 图2.2所示。它包括条件判断、语句执行两个过程。请注意，while语句中，条件 判断在整个循环过程中的执行次数，要比内部语句多一次。 假如有：while(n--){_nop_();}；n=10；那么在该while(){}执行过程中，对n的 判断次数为11次，语句执行次数为10次。因为当执行完第10次循环后，n=0，但 3-8 Do Not Copy! Author : wyl_e QQ : 404530302 E-mail : wyl-e@163.com blog : http://blog.ednchina.com/wyl_e/ 4-8 Do Not Copy! while语句还得进行一次表达式的判断才会跳出循环。所以，当我们编写以下函 数： Void Func(unsigned int n) { while(n--){……}; } 其入口周期为TE，返回周期为TR，while的条件判断周期为TJ，while的语句 执行周期为TP。如果n被赋值为10，那么，该函数的执行周期：TF =TE+TR+[10* （TJ +TP）+ TJ]——公式1。 在利用公式1求解函数的执行周期前，我们要得到函数每一个执行过程的执 行周期。要得到每个执行过程的执行周期，我们不采用查看汇编代码的方法，因 为那样确实太麻烦了。在Keil 软件中，通过Simulator的Debug功能，可以让我们 非常直观方便的得到每个过程甚至每条C语句的执行周期。我们可以Debug出每 条语句、每个过程的执行时间，然后累加，就是整个函数的执行时间了。但这似 乎还是有些麻烦，我们继续简化Debug这个过程。 通常，我们将上面的函数的执行周期分成调用周期与循环周期两部分。调用 周期TCall是包括 入口周期TC+返回周期TR+ while的条件为假时的最后一次判断 的周期TJ，且其为常数；循环周期TCycle是整个while的n次条件判断周期TJ与执行 周期为TP的和。 这样，我们可将一个带参的循环函数的执行时间看成T=TCyclex+TCall的形式。 呵呵，这下好了，要求出TCycle与TCall，就成了求解线性方程了。下一章，我们就 借助Keil 软件中的Simulator，将这个线性方程的解Debug出来。 Author : wyl_e QQ : 404530302 E-mail : wyl-e@163.com blog : http://blog.ednchina.com/wyl_e/ 5-8 Do Not Copy! 二 、 C 5 1 精 确 延 时 函 数 的 调 试 方 法 1、编写精确延时函数 参考程序如附录中所示，该段代码已通过调试，每行代码注释的执行周期都 是在 Keil 调试结果。 请在新建的工程中，将该参考代码复制到 C 文件中，并包含以下头文件： #include //for _nop_() 新建 main 函数： void main(void) { _nop_(); //DEBUG RESULT //COST Delay_20T(0); //390 Delay_20T(1); //411 Delay_20T(0) cost 411 - 390 = 21T Delay_20T(2); //451 Delay_20T(1) cost 451 - 411 = 40T (20*1+20) Delay_E3T(0); //511 Delay_20T(2) cost 511 - 451 = 60T (20*2+20) Delay_E3T(1); //532 Delay_E3T(0) cost 532 - 511 = 21T Delay_E3T(2); //1552 Delay_E3T(1) cost 1552- 532 = 1020T (1000*1+20) _nop_(); //3572 Delay_E3T(0) cost 3572- 1552 = 2020T (1000*2+20) while(1); } 2、设置 simulator 我们的目标是要获取函数的执行周期而不是执行时间，因为计算周期更加方 便以后的代码移植。而 Keil 中反映的是执行时间，我们在 Debug 时将晶振设置 为特殊值，如 12MHz，那么 1us 也就是一个机器周期了，然后根据 Keil 中的执 行时间，轻松的得出它的执行周期。 Author : wyl_e QQ : 404530302 E-mail : wyl-e@163.com blog : http://blog.ednchina.com/wyl_e/ 图 3.1 3、编译，并开始 Debug 图 3.2 6-8 Do Not Copy! Author : wyl_e QQ : 404530302 E-mail : wyl-e@163.com blog : http://blog.ednchina.com/wyl_e/ 7-8 Do Not Copy! 如图 3.2 所示，使用右键中的 Run to cursor line 命令，可以执行到鼠标指定 的某一行，同时 sec 栏显示执行到此处所花的时间（下文中我们用周期表示，因 为在 12MHz 晶振下，1T=1us），单位为秒。 当得到了 CPU 执行到每一语句所花周期时，通过计算就可以知道某一语句 的执行周期了。图 3.2 中已经列出了执行到某一句语句所花的执行周期，以及计 算所得的该语句的执行周期。 例如，执行到 Delay_20T(1)时，花了 411 个时钟周期； 执行到 Delay_20T(2)时，花了 451 个时钟周期； 执行到 Delay_E3T(0)时，花了 511 个时钟周期； 这样，我们就知道，Delay_20T(1)的执行周期为 451-411=40T； Delay_20T(2)的执行周期为 511-451=60T； 据上一章T=TCyclex+TCall，可以得到： 40 = TCycle*1+TCall <方程一> 60 = TCycle*2+TCall <方程二> => TCycle=20T；TCall =20T 也就是说：Delay_20T（）这个函数的调用周期为 20T；每一循环周期为 20T； 如有 Delay_20T(n)的调用 ，则它的执行周期为 20* (n+1) T。 同样的方法，我们可以获取不同类似函数的循环周期与调用周期，而求出它 的执行周期。 Keil 的 Simulator 功能实在强大，你可以借助它方便的将每个函数的执行周期 及调用过程的每一步的执行周期 Debug 出来。 时间匆促，此处不再赘述。 本文另附 Delay 调试工程，包括附录的代码在内，详细注释了每一语句及函 数的执行周期。仅供参考。 例中仅包含了 20 和 1000 个时钟周期的延时函数。你可以参照例子，编写出 周期更长或其它量级的延时函数。这些延时函数的最小延时为 21T，如需要更短 的延时，请用多条_nop_()语句吧。 Author : wyl_e QQ : 404530302 E-mail : wyl-e@163.com blog : http://blog.ednchina.com/wyl_e/ 8-8 Do Not Copy! 附 一 、 精 确 延 时 参 考 程 序 代 码 ： /**************************************************** * Function : delay for 20Ts * Note : cost 20*cnt+20 (T), but Delay_20T(0),cost 21 T ****************************************************/ void Delay_20T(unsigned int cnt) { //--------------Call,if(cnt==0)cost 5T else 4T while(cnt--) //---------------while{},if(cnt==0)cost 10T else 11T { _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); //---------------9 nops,cost 9 T }; //---------------all,cost cnt * 20 T _nop_();_nop_(); _nop_();_nop_(); //-----------4 nops,cost 4 T } //-----------return,cost 2 T /***************************************************** * Function : delay for E3Ts * Note : cost 1000*cnt+20 (T), but Delay_E3T(0),cost 21 T ******************************************************/ void Delay_E3T(unsigned int cnt) { //---------------Call,if(cnt==0)cost 9T else 8T while(cnt--) //---------------while{},if(cnt==0)cost 10T else 11T { Delay_20T(48);//---------cost (48+1)*20T=980 T _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); //---------------9 nops,cost 9 T } //-----------------------all,cost cnt * 1000 T } //-----------------------return,cost 2 T C51精确延时函数的编写及调试方法 前言 一、C函数的执行周期的计算方法 二、C51精确延时函数的调试方法 附一、精确延时参考程序代码：