大吃一驚：使用Keil C進(jìn)行51單片機(jī)延時(shí)程序編寫居然還有這種講究
[導(dǎo)讀]應(yīng)用單片機(jī)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)遇到需要短時(shí)間延時(shí)的情況。需要的延時(shí)時(shí)間很短，一般都是幾十到幾百微妙（us）。有時(shí)候還需要很高的精度，比如用單片機(jī)驅(qū)動(dòng) DS18B20的時(shí)候，誤差容許的范圍在十幾u(yù)s以內(nèi)，不然很容易出錯(cuò)。這種情況下，用計(jì)時(shí)器往往有點(diǎn)小題大做。而在極端的情況下，計(jì)時(shí)器甚至已經(jīng)全部派上了別的用途。這時(shí)就需要我們另想別的辦法了。
應(yīng)用單片機(jī)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)遇到需要短時(shí)間延時(shí)的情況。需要的延時(shí)時(shí)間很短，一般都是幾十到幾百微妙（us）。有時(shí)候還需要很高的精度，比如用單片機(jī)驅(qū)動(dòng) DS18B20的時(shí)候，誤差容許的范圍在十幾u(yù)s以內(nèi)，不然很容易出錯(cuò)。這種情況下，用計(jì)時(shí)器往往有點(diǎn)小題大做。而在極端的情況下，計(jì)時(shí)器甚至已經(jīng)全部派上了別的用途。這時(shí)就需要我們另想別的辦法了。
以前用匯編語(yǔ)言寫單片機(jī)程序的時(shí)候，這個(gè)問題還是相對(duì)容易解決的。比如用的是12MHz晶振的51，打算延時(shí)20us，只要用下面的代碼，就可以滿足一般的需要：
51 單片機(jī)的指令周期是晶振頻率的1/12，也就是1us一個(gè)周期。mov r0， #09h需要2個(gè)極其周期，djnz也需要2個(gè)極其周期。那么存在r0里的數(shù)就是（20-2）/2。用這種方法，可以非常方便的實(shí)現(xiàn)256us以下時(shí)間的延時(shí)。如果需要更長(zhǎng)時(shí)間，可以使用兩層嵌套。而且精度可以達(dá)到2us，一般來說，這已經(jīng)足夠了。
現(xiàn)在，應(yīng)用更廣泛的毫無疑問是Keil的C編譯器。相對(duì)匯編來說，C固然有很多優(yōu)點(diǎn)，比如程序易維護(hù)，便于理解，適合大的項(xiàng)目。但缺點(diǎn)（我覺得這是C的唯一一個(gè)缺點(diǎn)了）就是實(shí)時(shí)性沒有保證，無法預(yù)測(cè)代碼執(zhí)行的指令周期。因而在實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)合，還需要匯編和C的聯(lián)合應(yīng)用。但是是不是這樣一個(gè)延時(shí)程序，也需要用匯編來實(shí)現(xiàn)呢？為了找到這個(gè)答案，我做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。
用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)延時(shí)程序，首先想到的就是C常用的循環(huán)語(yǔ)句。下面這段代碼是我經(jīng)常在網(wǎng)上看到的：\
到底這段代碼能達(dá)到多高的精度呢？為了直接衡量這段代碼的效果，我把 Keil C 根據(jù)這段代碼產(chǎn)生的匯編代碼找了出來：
真是不看不知道~~~一看才知道這個(gè)延時(shí)程序是多么的不準(zhǔn)點(diǎn)~~~光看主要的那四條語(yǔ)句，就需要6個(gè)機(jī)器周期。也就是說，它的精度頂多也就是6us而已，這還沒算上一條 lcall 和一條 ret。如果我們把調(diào)用函數(shù)時(shí)賦的i值根延時(shí)長(zhǎng)度列一個(gè)表的話，就是：
因?yàn)楹瘮?shù)的調(diào)用需要2個(gè)時(shí)鐘周期的lcall，所以delay time比從函數(shù)代碼的執(zhí)行時(shí)間多2。順便提一下，有的朋友寫的是這樣的代碼：
可能有人認(rèn)為這會(huì)生成更長(zhǎng)的匯編代碼來，但是事實(shí)證明：
其生成的代碼是一樣的。不過這的確不是什么好的習(xí)慣。因?yàn)檫@里實(shí)在沒有必要再引入多余的變量。我們繼續(xù)討論正題。有的朋友為了得當(dāng)更長(zhǎng)的延時(shí)，甚至用了這樣的代碼：
這段代碼產(chǎn)生的匯編代碼是什么樣子的？其實(shí)不用想也知道它是如何恐怖的$#^%&%$.。..。.讓我們看一看：
呵呵，這倒是的確可以延遲很長(zhǎng)時(shí)間~~~但是毫無精度可言了。 那么，用C到底能不能實(shí)現(xiàn)精確的延時(shí)呢？我把代碼稍微改了一下：
因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)，越簡(jiǎn)潔的C代碼往往也能得出越簡(jiǎn)潔的機(jī)器代碼。那這樣結(jié)果如何呢？把它生成的匯編代碼拿出來看一看就知道了。滿懷希望的我按下了“Build target”鍵，結(jié)果打擊是巨大的：
雖說生成的代碼跟用for語(yǔ)句是不大一樣，不過我可以毫無疑問的說，這兩種方法的效率是一樣的。似乎到此為止了，因?yàn)槲覍?shí)在想不出來源程序還有什么簡(jiǎn)化的余地?？磥砦揖鸵贸鰜磉@個(gè)結(jié)論了：“如果需要us級(jí)的延時(shí)精度，需要時(shí)用匯編語(yǔ)言?！钡钦娴氖沁@樣嗎？我還是不甘心。因?yàn)槲也幌嘈糯竺ΧΦ?Keil C 編譯器居然連 djnz 都不會(huì)用？？？因?yàn)閷?shí)際上程序體里只需要一句 loop：djnz r7， loop。近乎絕望之際（往往人在這種情況下確可以爆發(fā)出來，哦呵呵呵~~~），我隨手改了一下：
心不在焉的編譯，看源碼：
天~~~奇跡出現(xiàn)了。..。..我想這個(gè)程序應(yīng)該已經(jīng)可以滿足一般情況下的需要了。如果列個(gè)表格的話：
計(jì)算延時(shí)時(shí)間時(shí)，已經(jīng)算上了調(diào)用函數(shù)的lcall語(yǔ)句所花的2個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間。
終于，結(jié)果已經(jīng)明了了。只要合理的運(yùn)用，C還是可以達(dá)到意想不到的效果。很多朋友抱怨C效率比匯編差了很多，其實(shí)如果對(duì)Keil C的編譯原理有一個(gè)較深入的理解，是可以通過恰當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)法運(yùn)用，讓生成的C代碼達(dá)到最優(yōu)化。即使這看起來不大可能，但還是有一些簡(jiǎn)單的原則可循的：
1.盡量使用unsigned 型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 2.盡量使用char型，實(shí)在不夠用再用int，然后才是long。 3.如果有可能，不要用浮點(diǎn)型。 4.使用簡(jiǎn)潔的代碼，因?yàn)榘凑战?jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)潔的C代碼往往可以生成簡(jiǎn)潔的目標(biāo)代碼（雖說不是在所有的情況下都成立）。
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