51单片机中for循环延时时间的分析与仿真验证

薛金水（广东工程职业技术学院,广州　510520）

51单片机中for循环延时时间的分析与仿真验证

薛金水
（广东工程职业技术学院,广州510520）

摘要：在单片机控制中，延时控制是最常用的程序之一。本文对51系列单片机中各种for循环程序对应的汇编代码进行分析，探究延时时间长短的各种决定因素，提出了应用for循环实现延时时间的一般估算方法和注意要素。并通过Proteus软件仿真，对延时控制程序的时间进行验证。

关键词：单片机；for循环；延时控制；汇编代码；Proteus仿真

1　引言

在单片机控制中，延时控制是最常用的程序之一。通过延时，一方面使系统硬件各部分按照步骤设定，一步一步执行下去；另一方面使系统的硬件和软件能够协调运行，完成设定的传输和控制功能。延时控制既可以用硬件、也可以用软件来实现。软件控制可以用汇编语言或者C语言程序来实现。虽然汇编语言有指令紧凑、控制时间精确、占用内存少等特点，但是它相对难于掌握。由于C语言具有语言功能齐全、使用灵活方便、开发效率高，相对容易掌握等特点，被广泛应用于在单片机系统开发应用中。

在C语言延时程序设计中，常用三种循环语句（while语句、do while语句和for语句）实现延时功能。其中以for循环延时最为常见。本文从应用需要角度出发，依据单片机C语言for循环的各种不同形式，通过具体实例，对照编译生成的汇编代码，分析、归纳总结出C语言for循环延时程序的延时时间估算方法及，通过Proteus软件仿真进行验证，并提出使用建议。

2　各种for循环语句程序延时结果分析

用C语言编写的单片机程序，首先要转换为汇编语言，最后编译为机器代码后才能真正运行。因此，对于用C语言编写的各种延时程序，只有通过从其汇编转换代码上计算其实现延时时间，才是比较准确时间估算的方法。

2.1决定for循环延时时间长短的因素

从各种for循环语句程序延时情况进行分析和验证，发现：与延时结果有关的因素有如下三个：循环变量类型（char或者int类型）、循环变量变化方式（递增或者递减)和循环次数（是否超过256）。下表是考虑上述三种因素的不同for循环延时程序的汇编代码与实际延时时间分析和比较。

表1　循环变量为char类型的for循环延时程序

从表1可以看出，以char类型为循环变量、循环变量递减变化时，是使用寄存器R7，以DJNZ语句为循环体，延时时间为1+2x125=251us；以char类型为循环变量、循环变量递增变化时，同样使用寄存器R7，以加1指令INC和CJNZ语句为循环体，延时时间为1+（2+1）x126=379us。采用char类型为循环变量时，循环变量递增与递减变化时，其延时时间差别比较大。

表2　循环变量为int类型的for循环延时程序

从表2可以看出，以int类型为循环变量时，只要循环次数不超过256次，则循环变量无论是递减还是递增变化，汇编语言都是使用寄存器R6和R7，以INC、CJNE或DJNZ语句为循环体，在循环次数相同时延时时间近似相等，循环次数增加时延时时间按照比例增加（见函数5、6、7、8）；当循环次数超过256次，延时时间不再成比例增加，例如：采用（unsigned）int；for(i=500;i＞=1;i--)；的延时时间约为4000us；采用（unsigned）int；for(i=1;i＜=500;i++)；的延时时间约为3000us。读者可自行验证。

2.2for循环延时程序的应用

从以上分析可以看出：采用char类型为循环变量类型时,循环变量按照递加或者递减变化时,延时时间会差别较大；采用int类型为循环变量类型时,在循环次数不超过256次时，按照递加或者递减变化时,延时时间差别很小；而当循环次数超过256次时，其延时时间不能够实现等比例增加。

所以，从应用角度出发，采用定义i为整型时，以for(i=125;

i＞=1;i--);或者for(i=1;i＜=125;i++);语句来作为1ms基本延时函数，不用考虑循环变量是递加还是递减，比较简单易掌握。需要较长的延时时间采用二重循环的方式。采用二重循环的方式，最长可以延长255ms，能够满足一般的延时需求。如果需要更长时间延时，则可以用三重甚至多重循环方式，但是循环次数一般不能超过256次。

例如：要实现延时10ms，则可以用如下循环

3　C语言程序软件延时功能的Proteus仿真软件

C语言延时功能实现过程中，为了验证其延时的正确性，一方面可以利用示波器来测定延时程序执行时间，即设计一个基本单片机硬件电路，将包含实现延时函数的程序下载到单片机硬件电路，在程序中运行该延时函数，通过测量示波器相关输出引脚上的高、低电平时间，即可确定延时函数执行时间；也可以采用反汇编方法，即利用Proteus软件将用C51编写的延时函数转换为汇编语言程序，通过计算汇编语言程序的运行时间得到该延时函数的运行时间；或者利用KeilC51编译器中的断点调试功能来模拟执行延时代码所需的时间，即在延时函数前、后设置断点，通过比较两个断点的时间变化来确定延时程序实际执行时间。

这里介绍一种与单片机教学紧密结合，又比较容易实现的方法，即是利用Proteus软件仿真功能来搭建一个硬件电路，然后将目标程序经编译后生成HEX文件，写入C51单片机中，利用Proteus中的虚拟示波器观察设置输出引脚（如P1.0）波形的变化周期来判断是否实现预定延时功能。

例如：执行上述延时10ms程序来控制输出引脚（如P1.0）变化，将其生成的.HEX文件写入单片机仿真电路中，利用Proteus中的虚拟示波器生成波形来判断是否实现预定延时功能。如上述程序的波形图如图1。

从波形图和相关旋钮可以看出，该波形的幅度为5格*1V/格=5V，高、电平为2格*5ms/格=10ms，实现其延时功能。

图1

4　结束语

本文通过分析比较，提出一种比较可靠的1ms基本延时函数实现方法，通过对该延时函数的循环，便可以实现较长时间延时。通过软件仿真，对延时控制程序的时间精确度进行验证和分析，并且可以根据实际延时输出情况进行调整。本文介绍单片机延时控制的实现方法比较容易掌握实现，对延时精确度要求不是特别高的场合，具有一定的参考和应用价值。

参考文献：

[1]陈宏希.51单片机中for循环延时时间的估算[J].兰州石化职业技术学院学报,2013,13(04):34-36.

[2]戴娟.单片机技术与应用[M].高等教育出版社,2012(10).

[3]吴挺运,林成何.KeilC51精确延时程序设计[J].电子科技,2012 (12):103-106.

[4]林立,张俊亮.单片机原理及应用——基于Proteus和Keil C（第3版）[M].电子工业出版社,2014(08).

作者简介:薛金水(1974-),男,广东兴宁人，本科，研究方向：电子信息类专业教学和研究。