8051系列单片机软件精确延时研究（二）

续前篇　　　　8051单片机软件精确延时研究（一）

  

　　由前篇可知，在DelayX10us()函数中用for循环延时会产生10个机器周期的固定误差，其中X传值、调用函数、子函数返回共5个机器周期，这是只要调用带参数子函数都有的、固定不变的；for循环判断x>0并跳转产生额外的5个机器周期的误差。

改进

　　根据《在单片机KeilC开发环境中设计精确的延时函数》中提到的内容，可将for循环改为while(--x)，以消除for循环产生的额外5个机器周期的误差。

　　注意：应使用while(--x)，这样对应生成的汇编语句才是DJNZ。如果使用while(x--)，将额外产生几个指令，导致此延时函数不准。

　　更改后的程序如下：

//非精确延时10*X us，固定误差5us
//@12.000MHz 12T
void DelayX10us(unsigned char x)    
{
    unsigned char i;
    do
    {
        _nop_();
        i=3;
        while(--i);
    } while (--x);
}

反汇编分析

　　如前，采用level8的优化等级，反汇编后的代码如下：

　　

　　

　　计算一下延时时间：

x	固定延时	循环延时	总计
1	5	(1+1+2*3+2)*1	15
10	5	(1+1+2*3+2)*10	105
100	5	(1+1+2*3+2)*100	1005

　　

　　

　　可见，误差被缩减到5us了。

官方毫秒级延时分析

　　对于上述改进后的DelayX10us函数，X最大值为255，所以其最大延时为255*10=2550us=2.55ms。如果要获得更长的延时怎么办呢？在这里需注意，不能单纯将X改为unsigned int以获得更长延时，因为8051是8位单片机，对于16位的int类型，需要分成高8位、低8位运算，在"while(--x);"这句将不只需要2个机器周期。所以我们重新定义一个毫秒级的延时函数。STC官方的延时1ms程序如下：

//@12.000MHz, STC官方版本
void Delay1ms()　　//此处没有赋值那个机器周期
{
    unsigned char i, j;

    i = 2;
    j = 239;    //请注意j赋值的位置
    do
    {
        while (--j);
    } while (--i);
}

　　按之前的办法计算延时周期数t=函数调用LCALL+i j赋值+循环+返回RET= 2 + 1+1+(239*2+2)*2 +2= 966[在此感谢群友Smiles指出漏加的2个赋值周期]。与预期的1000个机器周期相差较大，为什么呢？

　　此处需注意变量j赋值的位置是在循环外，当外层循环执行到第二次(i=1)时，j不会赋值为239，故不能用239*2来计算。这里利用了一个溢出的小技巧。简单分析过程如下：

　　i=2，j=239赋值(2个机器周期)后，进入内层循环执行"while(--j);"共239次，j=0，跳出。由之前的分析可知，"while(--j);"的汇编代码为DJNZ指令，为2周期指令，周期数t1=2+239*2。

　　然后执行到外层循环"while(--i);"，2个机器周期，i=1，DJNZ指令跳转到内层循环继续执行，周期数t2=2。

　　再次进入内层循环后，j=0，DJNZ命令为先执行寄存器减1，再判断是否为0，所以执行--j后，j溢出为0xFF(十进制255)，不等于0，语句"while(--j);"继续执行，直到j再次自减到0，跳出。周期数t3=256*2。

　　再次到外层循环，"while(--i);"，i=0，跳转到函数末尾准备返回。周期数t4=2。

　　函数调用和返回周期数t5=2+2。此处调用函数没有参数传递，所以没有赋值那1个周期。

　　总的周期数t=t1+t2+t3+t4+t5=2+239*2+2+256*2+2+4=1000。正好！

毫秒级延时函数改造

　　现在我们将官方只能延时1ms函数改造为可以延时多个ms，按之前的方法，给延时代码套一个do..while循环。

　　do

　　{

　　　　 i = 2; j = 239;

　　　　 do { while (--j); }

　　　　while (--i); }

　　 while (--x);

　　此时延时机器周期数=1+2+(2+239*2+2+256*2+2+2)*X+2=998*X+5，倍增量不是1000，存在误差。x=1时，t=1003;x=10时，t=9985;x=100时，t=99805，已有接近200us的误差了，所以我们将括号内的机器周期改为1000，只需改j=240，即可使总周期数T=1+2+(2+240*2+2+256*2+2+2)*X+2=1000*X+5，固定误差5us，更改后的代码如下：

/**
 * 晶振12MHz,12T模式下延时1*x ms,固定误差5us。
 */
void DelayX1ms(unsigned char x)
{
    unsigned char i, j;
    do
    {
        i = 2;
        j = 240;
        do
        {
            while (--j);
        } while (--i);
    } while (--x);
}

　　

　　仿照这个模式即可写出任意固定误差5us的延时程序了。

　　另外，对于几微秒的延时，就建议采用_nop_()延时了。同时考虑移植性，不建议在程序中直接写多个_nop_()来延时。将所有延时函数写在Delay.h和Delay.c文件中，其余程序通通调用这个库，以后要更改，比如换了STC的1T单片机，延时需要修改，也只需要改这两个文件就可以了。

　　最后，附上我在用的延时函数库，所有X倍延时的固定误差=5us。

#ifndef __DELAY_H__
#define __DELAY_H__

typedef unsigned char UINT8

//定义默认设置：晶振12MHz，模式12T
#define FSOC_12M_MOD_12T
/**
 * 晶振12MHz，12T模式下的延时。
 */
#ifdef FSOC_12M_MOD_12T
#define NOP()        _nop_()
#define Delay1us()    NOP()
#define Delay2us()    NOP();NOP()
#define Delay5us()    NOP();NOP();NOP();NOP();NOP()
#endif

void DelayX10us(UINT8 X);
void DelayX1ms(UINT8 X);
void DelayX10ms(UINT8 X);
void DelayX1s(UINT8 X);

#endif

/**
 **********************************************************
 ******    Copyright(C), 2010-2016, NULL Co.,Ltd     ******
 **********************************************************

 *@Tittle        :    通用延时函数
 *@Version        :    v1.1
 *@Author        :    Liy
 *@Dat            :    2016-08-10 15:03:15
 *@Desctription    :    延时函数库
 *@History        :
 *    #v1.1     2016-08-10 15:03:41
 *        1. 删除固定延时函数，仅保留X倍延时；
 *        2. 优化X倍延时函数的时间，所有X倍延时函数误差控制为5us。
 *    #v1.0    2016-08-03 16:44:18
 *        1. 完成12MHz、12T模式下常用延时函数

 **********************************************************
 **********************************************************
 */


#include "Delay.h"

/**
 * 晶振12MHz,12T模式下延时
 */
#ifdef FSOC_12M_MOD_12T
/**
 * 晶振12MHz,12T模式下延时10*X us,固定误差5us。
 * X最大值255
 */
void DelayX10us(UINT8 X)
{
    UINT8 i;
    do
    {
        _nop_();
        i = 3;
        while (--i);
    } while (--X);
}

/**
 * 晶振12MHz,12T模式下延时1*X ms,固定误差5us。
 * X最大值255
 */
void DelayX1ms(UINT8 X)
{
    UINT8 i, j;
    do
    {
        i = 2;
        j = 240;
        do
        {
            while (--j);
        } while (--i);
    } while (--X);
}

/**
 * 晶振12MHz,12T模式下延时10*X ms,固定误差5us。
 * 周期数N=((2+(114*2+2)+(256*2+2)*19+2))*X+5
 * X最大值255
 */
void DelayX10ms(UINT8 X)
{
    UINT8 i, j;
    do
    {
        i = 20;
        j = 114;
        do
        {
            while (--j);
        } while (--i);
    } while (--X);
}

/**
 * 晶振12MHz,12T模式下延时10*X s,固定误差5us。
 * 周期数N=(1+3+(((123*2+2)*1+(256*2+2)*153) +2 ) + ((256*2+2)*256+2)*7+2)*X+5
 * X最大值255
 */
void DelayX1s(UINT8 X)
{
    UINT8 i, j, k;

    do
    {
        NOP();
        i = 8;
        j = 154;
        k = 123;
        do
        {
            do
            {
                while (--k);
            } while (--j);
        } while (--i);
    } while (--X);
}

#endif

　好了，简单了解了下汇编，软件延时也基本精确了，结束。