中职汇编延时程序初探

　　在应用单片机编制各种程序时，经常会遇到实现精确延时的问题，时间从几十微秒到几秒，甚至更高的精度。单片机实现延时通常有两种方法：一种是用定时器/计数器硬件延时，这种方法可以提高CPU的工作效率，也能做到精确延时，另一种是采用循环体进行软件延时。
　　一、使用定时器/计数器
　　单片机系统若使用频率为12MHz的晶振，一个机器周期为1μs，最长的延时时间可达2的16次方。在实际应用中，定时常采用中断方式，如进行适当的循环可实现几秒甚至更长时间的延时。使用定时器/计数器延时，从程序的执行效率和稳定性两方面考虑，都是最佳的方案，但需要注意的是，用C51编写的中断服务程序，编译后会自动加上PUSH ACC、PUSH PSW、POP PSW和POP ACC语句，执行时将占用4个机器周期，如程序中还有计数值加1语句，则又会占用1个机器周期。这些语句所消耗的时间要从初值中减去，以达到最小误差的目的。
　　二、使用软件嵌套循环程序
　　在很多情况下，定时器/计数器经常被用作其他用途，这时候就只能用软件方法延时。常用的软件延时的方法有：
　　1. 短暂延时
　　通过使用带_NOP_( )语句的函数实现，定义一系列不同的延时函数，如Delay10μs( )、Delay25μs( )等存放在一个自定义的文件中，需要时在主程序中直接调用。如延时10μs可编写如下：
　　void Delay10μs ( ) {
　　_NOP_( );
　　_NOP_( );
　　_NOP_( );
　　_NOP_( );
　　_NOP_( );
　　_NOP_( );
　　}
　　上面函数中共用了6个_NOP_( )语句，每个语句执行时间为1μs。主函数调用Delay 10μs( )时，先执行一个LCALL指令（2 μs），然后执行6个_NOP_( )语句（6μs），最后执行了一个RET指令（2μs），所以执行上述函数时共需要10μs。可以把这一函数当做基本延时函数，在其他函数中调用，即嵌套调用，以实现较长时间的延时。
　　2. C51中嵌套汇编程序段实现延时
　　在C51中通过嵌套汇编语言语句，实现多次循环达到延时的目的。例1：50ms 延时子程序：
　　 DELAY：MOVR7，#200①
　　 LOOP1：MOVR6，#125 ②
　　 LOOP2：DJNZR6，L00P2③
　　 DJNZR7，LOOP1④
　　 RET⑤
　　精确延时时间为：1+（1×200）+（2×125×200）+（2×200）+2=（2×125+3）×200+3 =50603us≈50ms⑥
　　由⑥整理出公式：延时时间=（2×内循环+3）×外循环+3 ⑦
　　详解：DELAY这个子程序共有五条指令，现在分别就每一条指令被执行的次数和所耗时间进行分析。第一句：MOVR7，#200在整个子程序中只被执行一次，且为单周期指令，所以耗时1us。第二句：MOVR6，#125从②看到④只要R7-1不为0，就会返回到这句，共执行了R7次，共耗时200us。第三句：DJNZ R6，LOOP2，只要R6-1不为0，就反复执行此句（内循环R6次），又受外循环R7控制，所以共执行R6×R7次，因是双周期指令，所以耗时2×R6×R7us。
　　例2：1秒延时子程序：
　　DELAY：MOV R7，#10 ①
　　LOOP1：MOV R6，#200②
　　LOOP2：MOV R5，#248③
　　DJNZ R5，$ ④
　　DJNZ R6，LOOP2 ⑤
　　DJNZ R7，LOOP1 ⑥
　　RET⑦
　　对每条指令进行计算得出精确延时时间为：1+（1×10）+（1×200×10）+（2×248×200×10）+（2×200×10）+（2×10）+2=[（2×248+3）×200+3]×10+3=998033us≈1s ⑧
　　由⑧整理得：延时时间=[（2×第一层循环+3）×第二层循环+3]×第三层循环+3 ⑨
　　此式适用三层循环以内的程序，也验证了例1中式⑦（第三层循环相当于1）的成立。注意，要实现较长时间的延时，一般采用多重循环，有时会在程序里加入NOP指令。
　　三、使用其他方法实现延时
　　如示波器、反汇编工具、性能分析器等确定延时时间。
　　四、总结
　　中职学生对单片机编程掌握较为薄弱。本文所介绍的多种实现并计算延时程序执行时间的方法，使用定时器进行延时是最佳的选择，可以提高MCU工作效率。编写延时程序是一项很烦琐的任务，需要多次修改才能满足要求。
　　（河南省经济管理学校）
　　 注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”