8051系列单片机软件精确延时研究（二）
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。
