51單片機(jī)中for循環(huán)延時(shí)時(shí)間的分析與仿真驗(yàn)證

薛金水（廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣州　510520）

51單片機(jī)中for循環(huán)延時(shí)時(shí)間的分析與仿真驗(yàn)證

薛金水
（廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣州510520）

摘要：在單片機(jī)控制中，延時(shí)控制是最常用的程序之一。本文對(duì)51系列單片機(jī)中各種for循環(huán)程序?qū)?yīng)的匯編代碼進(jìn)行分析，探究延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短的各種決定因素，提出了應(yīng)用for循環(huán)實(shí)現(xiàn)延時(shí)時(shí)間的一般估算方法和注意要素。并通過Proteus軟件仿真，對(duì)延時(shí)控制程序的時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；for循環(huán)；延時(shí)控制；匯編代碼；Proteus仿真

1　引言

在單片機(jī)控制中，延時(shí)控制是最常用的程序之一。通過延時(shí)，一方面使系統(tǒng)硬件各部分按照步驟設(shè)定，一步一步執(zhí)行下去；另一方面使系統(tǒng)的硬件和軟件能夠協(xié)調(diào)運(yùn)行，完成設(shè)定的傳輸和控制功能。延時(shí)控制既可以用硬件、也可以用軟件來實(shí)現(xiàn)。軟件控制可以用匯編語(yǔ)言或者C語(yǔ)言程序來實(shí)現(xiàn)。雖然匯編語(yǔ)言有指令緊湊、控制時(shí)間精確、占用內(nèi)存少等特點(diǎn)，但是它相對(duì)難于掌握。由于C語(yǔ)言具有語(yǔ)言功能齊全、使用靈活方便、開發(fā)效率高，相對(duì)容易掌握等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于在單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用中。

在C語(yǔ)言延時(shí)程序設(shè)計(jì)中，常用三種循環(huán)語(yǔ)句（while語(yǔ)句、do while語(yǔ)句和for語(yǔ)句）實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能。其中以for循環(huán)延時(shí)最為常見。本文從應(yīng)用需要角度出發(fā)，依據(jù)單片機(jī)C語(yǔ)言for循環(huán)的各種不同形式，通過具體實(shí)例，對(duì)照編譯生成的匯編代碼，分析、歸納總結(jié)出C語(yǔ)言for循環(huán)延時(shí)程序的延時(shí)時(shí)間估算方法及，通過Proteus軟件仿真進(jìn)行驗(yàn)證，并提出使用建議。

2　各種for循環(huán)語(yǔ)句程序延時(shí)結(jié)果分析

用C語(yǔ)言編寫的單片機(jī)程序，首先要轉(zhuǎn)換為匯編語(yǔ)言，最后編譯為機(jī)器代碼后才能真正運(yùn)行。因此，對(duì)于用C語(yǔ)言編寫的各種延時(shí)程序，只有通過從其匯編轉(zhuǎn)換代碼上計(jì)算其實(shí)現(xiàn)延時(shí)時(shí)間，才是比較準(zhǔn)確時(shí)間估算的方法。

2.1決定for循環(huán)延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短的因素

從各種for循環(huán)語(yǔ)句程序延時(shí)情況進(jìn)行分析和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)：與延時(shí)結(jié)果有關(guān)的因素有如下三個(gè)：循環(huán)變量類型（char或者int類型）、循環(huán)變量變化方式（遞增或者遞減)和循環(huán)次數(shù)（是否超過256）。下表是考慮上述三種因素的不同for循環(huán)延時(shí)程序的匯編代碼與實(shí)際延時(shí)時(shí)間分析和比較。

表1　循環(huán)變量為char類型的for循環(huán)延時(shí)程序

從表1可以看出，以char類型為循環(huán)變量、循環(huán)變量遞減變化時(shí)，是使用寄存器R7，以DJNZ語(yǔ)句為循環(huán)體，延時(shí)時(shí)間為1+2x125=251us；以char類型為循環(huán)變量、循環(huán)變量遞增變化時(shí)，同樣使用寄存器R7，以加1指令I(lǐng)NC和CJNZ語(yǔ)句為循環(huán)體，延時(shí)時(shí)間為1+（2+1）x126=379us。采用char類型為循環(huán)變量時(shí)，循環(huán)變量遞增與遞減變化時(shí)，其延時(shí)時(shí)間差別比較大。

表2　循環(huán)變量為int類型的for循環(huán)延時(shí)程序

從表2可以看出，以int類型為循環(huán)變量時(shí)，只要循環(huán)次數(shù)不超過256次，則循環(huán)變量無論是遞減還是遞增變化，匯編語(yǔ)言都是使用寄存器R6和R7，以INC、CJNE或DJNZ語(yǔ)句為循環(huán)體，在循環(huán)次數(shù)相同時(shí)延時(shí)時(shí)間近似相等，循環(huán)次數(shù)增加時(shí)延時(shí)時(shí)間按照比例增加（見函數(shù)5、6、7、8）；當(dāng)循環(huán)次數(shù)超過256次，延時(shí)時(shí)間不再成比例增加，例如：采用（unsigned）int；for(i=500;i＞=1;i--)；的延時(shí)時(shí)間約為4000us；采用（unsigned）int；for(i=1;i＜=500;i++)；的延時(shí)時(shí)間約為3000us。讀者可自行驗(yàn)證。

2.2for循環(huán)延時(shí)程序的應(yīng)用

從以上分析可以看出：采用char類型為循環(huán)變量類型時(shí),循環(huán)變量按照遞加或者遞減變化時(shí),延時(shí)時(shí)間會(huì)差別較大；采用int類型為循環(huán)變量類型時(shí),在循環(huán)次數(shù)不超過256次時(shí)，按照遞加或者遞減變化時(shí),延時(shí)時(shí)間差別很小；而當(dāng)循環(huán)次數(shù)超過256次時(shí)，其延時(shí)時(shí)間不能夠?qū)崿F(xiàn)等比例增加。

所以，從應(yīng)用角度出發(fā)，采用定義i為整型時(shí)，以for(i=125;

i＞=1;i--);或者for(i=1;i＜=125;i++);語(yǔ)句來作為1ms基本延時(shí)函數(shù)，不用考慮循環(huán)變量是遞加還是遞減，比較簡(jiǎn)單易掌握。需要較長(zhǎng)的延時(shí)時(shí)間采用二重循環(huán)的方式。采用二重循環(huán)的方式，最長(zhǎng)可以延長(zhǎng)255ms，能夠滿足一般的延時(shí)需求。如果需要更長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)，則可以用三重甚至多重循環(huán)方式，但是循環(huán)次數(shù)一般不能超過256次。

例如：要實(shí)現(xiàn)延時(shí)10ms，則可以用如下循環(huán)

3　C語(yǔ)言程序軟件延時(shí)功能的Proteus仿真軟件

C語(yǔ)言延時(shí)功能實(shí)現(xiàn)過程中，為了驗(yàn)證其延時(shí)的正確性，一方面可以利用示波器來測(cè)定延時(shí)程序執(zhí)行時(shí)間，即設(shè)計(jì)一個(gè)基本單片機(jī)硬件電路，將包含實(shí)現(xiàn)延時(shí)函數(shù)的程序下載到單片機(jī)硬件電路，在程序中運(yùn)行該延時(shí)函數(shù)，通過測(cè)量示波器相關(guān)輸出引腳上的高、低電平時(shí)間，即可確定延時(shí)函數(shù)執(zhí)行時(shí)間；也可以采用反匯編方法，即利用Proteus軟件將用C51編寫的延時(shí)函數(shù)轉(zhuǎn)換為匯編語(yǔ)言程序，通過計(jì)算匯編語(yǔ)言程序的運(yùn)行時(shí)間得到該延時(shí)函數(shù)的運(yùn)行時(shí)間；或者利用KeilC51編譯器中的斷點(diǎn)調(diào)試功能來模擬執(zhí)行延時(shí)代碼所需的時(shí)間，即在延時(shí)函數(shù)前、后設(shè)置斷點(diǎn)，通過比較兩個(gè)斷點(diǎn)的時(shí)間變化來確定延時(shí)程序?qū)嶋H執(zhí)行時(shí)間。

這里介紹一種與單片機(jī)教學(xué)緊密結(jié)合，又比較容易實(shí)現(xiàn)的方法，即是利用Proteus軟件仿真功能來搭建一個(gè)硬件電路，然后將目標(biāo)程序經(jīng)編譯后生成HEX文件，寫入C51單片機(jī)中，利用Proteus中的虛擬示波器觀察設(shè)置輸出引腳（如P1.0）波形的變化周期來判斷是否實(shí)現(xiàn)預(yù)定延時(shí)功能。

例如：執(zhí)行上述延時(shí)10ms程序來控制輸出引腳（如P1.0）變化，將其生成的.HEX文件寫入單片機(jī)仿真電路中，利用Proteus中的虛擬示波器生成波形來判斷是否實(shí)現(xiàn)預(yù)定延時(shí)功能。如上述程序的波形圖如圖1。

從波形圖和相關(guān)旋鈕可以看出，該波形的幅度為5格*1V/格=5V，高、電平為2格*5ms/格=10ms，實(shí)現(xiàn)其延時(shí)功能。

圖1

4　結(jié)束語(yǔ)

本文通過分析比較，提出一種比較可靠的1ms基本延時(shí)函數(shù)實(shí)現(xiàn)方法，通過對(duì)該延時(shí)函數(shù)的循環(huán)，便可以實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)。通過軟件仿真，對(duì)延時(shí)控制程序的時(shí)間精確度進(jìn)行驗(yàn)證和分析，并且可以根據(jù)實(shí)際延時(shí)輸出情況進(jìn)行調(diào)整。本文介紹單片機(jī)延時(shí)控制的實(shí)現(xiàn)方法比較容易掌握實(shí)現(xiàn)，對(duì)延時(shí)精確度要求不是特別高的場(chǎng)合，具有一定的參考和應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介:薛金水(1974-),男,廣東興寧人，本科，研究方向：電子信息類專業(yè)教學(xué)和研究。