8051系列单片机软件精确延时研究(一)

发布时间:2024-07-23  

前言

  最近自学STC公司的8051系列单片机,编程中如流水灯等非精确延时多用软件延时实现,写了几个类似DelayX10us(unsigned char x)的函数方便调用,函数内部的语句多是用STC官方延时程序再自己套一个for或者do..while循环改造而成,像这样:


//非精确延时10*Xus

//@12.000MHz 12T模式

void DelayX10us(unsigned char x)        

{

    unsigned char i;

    for (; x > 0; x--)

    {

        _nop_();

        i = 2;

        while (--i);

    }

}


  由于不懂汇编,所以对代码的实际延时时间一直没有深究,每次都是凭感觉摸索个大概。今天突然心血来潮在keil仿真中执行了一下以上代码,观察了一下延时时间,得到结果如下:

X 延时目标(us) 实际延时(us) 误差
1 10 24 140%
10 100 150 50%
100 1000 1410 41%

 

 

 

  




  OMG,100us误差达到50%,延时1000us误差也有41%,这还真是“非(常的)精确”啊。

  突然觉得有必要研究一下汇编代码,搞懂这个延时是怎么误差这么大的。学习嘛,就不该留盲点,也正好借此机会了解一下汇编语言,对理解单片机底层应该有一定帮助。如果编程人员对自己写的代码底层如何实现一清二楚,那溢出、内存泄漏什么的bug就绝不会存在了。当然,要达到这个理想情况是很难的,只能朝着这个方向多努力了。

  写了一段代码做研究用,如下:


#include

#include


void DelayX10us(unsigned char x);

void main()

{

    DelayX10us(1);

    DelayX10us(10);

    DelayX10us(100);

    while (1);

}


//@12.000MHz 12T

void DelayX10us(unsigned char x)

{

    unsigned char i;

    for (; x > 0; x--)

    {

        _nop_();

        i = 2;

        while (--i);

    }

}


反汇编代码

  顺便说一下,软件环境:Keil uvison 4。

  上述代码编译完后,点击"Start Debug"开始调试,Disassembly窗口中就显示出了相应的反汇编代码,还显示了C语言与汇编代码的对应关系,比在Linux环境下调试方便多了。

main()函数:

DelayX10us()函数

 

  查芯片手册中指令系统部分内容可知,上述代码中LCALL、SJMP、JC、DJNZ、RET这几个指令是2机器周期指令,其余是1机器周期指令。现在开始来计算延时时间:

  x=1: 


main()中 for循环 返回 总  计
机器周期    1+2 (1+1+1+2   +1+1+2*2   +1+2)*1 +1+1+1+2  2   24

 

 

  说明:1、main()中传值和跳转两个操作周期为1+2。

       2、0x0016  SUBB A,0x00 为执行借位减法,可以简单理解为将A-0x00-Cy(进位借位标识,也就是上一句中的C)的结果装入A,并判断如果够减(结果>=0),Cy=0(未产生借位);如果不够减(结果<0),Cy=1(产生借位)。所以当A>=1时,都够减,Cy=0,下一句JC不会跳转,直到A=0不够减时才跳转。(A就是X的值)

     3、for循环中,第一次从0x0014到0x0020执行完,周期数为1+1+1+2   +1+1+2*2   +1+2,此时R7寄存器中存储的x值为0;此时已跳转到0x0014继续执行,直到0x0018,跳转到0x0022,周期数为1+1+1+2。返回main()函数又花两个周期。所以main()中"DelayX10us(1);"共耗费24个,12M/12T模式下即为24us。

  同理,x=10:


main()中 for循环 返回 总  计
机器周期    1+2 (1+1+1+2   +1+1+2*2   +1+2)*10 +1+1+1+2  2   150

 

 

  x=100时同理1+2  +(1+1+1+2+1+1+2*2+1+2)*100  +1+1+1+2  +2 = 1410

小结

    综上可看出,单纯的在官方延时函数基础上套for循环而得到的延时相当不精确。分析误差原因可知,main()中的3个周期、子函数返回的2个周期、for循环末尾的(1+1+1+2)个周期,这10个机器周期是固定误差值,最关键的在于涂黄部分共14个周期,超出了预期的10us倍增的延时。把这部分稍微改一下,使括号内涂黄部分变为10个机器周期,这样子就能使所有的x倍延时的误差值都为固定误差10us了。更改后的代码如下:


//非精确延时10*X us,固定误差10us

//@12.000MHz 12T模式

void DelayX10us(unsigned char x)        

{

    unsigned char i;

    for (; x > 0; x--)

    {

        _nop_();

        _nop_();

    }

}


  更改后的延时机器周期数=1+2  +(1+1+1+2  +1+1 +1+2)*X  +1+1+1+2  +2 = 10*X+10。X在1~255取值范围内,误差均为固定10us。

 

PS:本文所有延时都是在12MHz晶振、12T模式下计算,1个机器周期=1us。

   反汇编代码为Keil软件内代码优化等级level 8下编译后的反汇编。不同优化等级编译的代码反汇编后有稍许差别,再次不做论述。


文章来源于:电子工程世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>