单片机软件延时时间控制

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一、简述

记--通过代码方式实现软件延时（不精确延时）。

二、指令周期

单片机需要一个时钟信号送给内部各个电路，才能使它们有节拍地协同工作。时钟信号的频率是由外部震荡电路的晶振频率决定的。

外接晶振的频率 = 时钟信号的频率 = 工作频率。（如24MHz，12MHz，11.0592MHz）

震荡周期：为单片机提供时钟脉冲的振荡源的周期。

震荡周期 = 1/晶振频率          （如晶振频率是12MHz时，振荡周期 = 1/12MHz = (1/12)us）

机器周期：51系列单片机的一个机器周期由12个震荡周期组成。

机器周期 = 12 * 振荡周期      

（如晶振频率是24MHz时，振荡周期 = 1/24MHz = (1/24)us，机器周期 = 12*（1/24）us = 0.5us）

（如晶振频率是12MHz时，振荡周期 = 1/12MHz = (1/12)us，机器周期 = 12*（1/12）us = 1us）

（如晶振频率是11.0592MHz时，振荡周期 = 1/12MHz = (1/11.0592)us，机器周期 = 12*（1/11.0592）us = 1.085us）

指令周期：单片机执行一条指令所用的时间。

 一般来说，单片机执行1个简单的指令需要一个机器周期，执行复杂的指令需要两个机器周期。

三、软件延时

通过一个循环来实现延时

测试代码：

#include <reg51.h>
 
void delay(void)//延时函数
{
	unsigned char i;
	for(i=0; i<100; i++)
		;
}
 
void main(void)
{
	while(1)
	{
		//dosomething()
		delay();
	}
}

在Keil C51 环境下编译后，点击"调试"--"开始"；在执行"视图"--"反汇编"，可以看到延时函数对应的汇编代码。

1.png

2.png

其中：

CLR指令消耗1个机器周期

MOV指令消耗1个机器周期

INC指令消耗1个机器周期                                      

CJNE指令消耗2个机器周期

根据循环条件，INC指令和CJNE指令总共要执行100次（0x64=100）,共消耗机器周期（1+2）*100=300，

加上CLR指令和MOV指令，循环程序总共消耗机器周期：1+1+300=302

如果单片机的晶振频率为11.0592MHz，则机器周期 = 12*（1/11.0592）us = 1.085us。

那么for循环程序耗时为302*1.085us=327.67us。

deley()函数用时：0.06607530s-0.000422209s=0.065653091s=65.653091ms=65653.091us 

(指令的执行时间不代表函数的执行时间。函数跳转需要时间，开辟函数栈、临时变量、回收栈资源等需要时间，因此c语言有内联(inline)函数，宏函数(带参宏)用来提高执行效率)。

3.png

两层循环

#include <reg51.h>
 
void delay(void)//延时函数
{
	unsigned char i, j;
	for(i=0; i<100; i++)
		for(j=0; j<200; j++)
			;
}
 
void main(void)
{
	while(1)
	{
		//dosomething()
		delay();
	}
}

4.png

注：对于C语言编译器，某些编译器会进行代码优化，比如循环里面什么都没做，编译器有可能将循环去掉。

软件延时不精准：因为相当于是通过控制CPU做某一些预定消耗一定时间的动作，根据CPU执行完成判断已经过去多长时间。但是CPU有可能在中途被其他进程强行占用（优先级高的进程），CPU被迫中断当前执行，优先执行优先级较高的任务，当执行完优先级较高的任务，才回来继续执行之前中断的任务，那么延时就会加长。比如想要延时1分钟，我们预定执行A动作之后，刚好耗时1分钟，那么让CPU执行这个动作就达到延时1分钟。如果当CPU执行到一半时，突然有一个紧急任务S(优先级高)发生，要求CPU立即处理，那么CPU就会中断当前任务A，优先处理紧急任务S，等待执行完毕，才回来继续执行之前被中断的任务A。那么当A任务执行完毕，我们预期是从执行开始到结束消耗时间1分钟，但是实际上已经过去不止1分钟，因为中途被中断了。所以软件延时时间越长，容易被中断，而且CPU不能长时间被一个进程独占，延时越不精准。

要实现精确的延时可使用硬件延时：使用定时器/计数器。定时器/计数器是根据时钟信号脉冲计数的，是直接跟硬件晶振相关的。

//函数名：delay_1ms(uint x)
//功能：利用定时器0精确定时1ms
//调用函数：
//输入参数：x,1ms计数
//输出参数：
//说明：延时的时间为1ms乘以x
 
void delay_1ms(uint x)
{
	TMOD=0X01;//开定时器0，工作方式为1
	TR0=1;//启动定时器0；
	while(x--)
	{
		TH0=0Xfc;//定时1ms初值的高8位装入TH0
		TL0=0X18;//定时1ms初值的低8位装入TL0
		while(!TF0);//等待，直到TF0为1
		TF0=0;	   //重置溢出位标志
	}		
	TR0=0;//停止定时器0；
}

延时1s：delay_1ms(1000); //1000ms = 1s

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