51單片機(jī)的延時子程序
延時程序在單片機(jī)編程中使用非常廣泛,但一些讀者在學(xué)習(xí)中不知道延時程序怎么編程,不知道機(jī)器周期和指令周期的區(qū)別,不知道延時程序指令的用法, ,本文就此問題從延時程序的基本概念、機(jī)器周期和指令周期的區(qū)別和聯(lián)系、相關(guān)指令的用法等用圖解法的形式詳盡的回答讀者
我們知道程序設(shè)計是單片機(jī)開發(fā)最重要的工作，而程序在執(zhí)行過程中常常需要完成延時的功能。例如
在交通燈的控制程序中，需要控制紅燈亮的時間持續(xù)30秒，就可以通過延時程序來完成。延時程序是如何實現(xiàn)的呢?下面讓我們先來了解一些相關(guān)的概念。
一、機(jī)器周期和指令周期
1.機(jī)器周期是指單片機(jī)完成一個基本操作所花費(fèi)的時間，一般使用微秒來計量單片機(jī)的運(yùn)行速度，51 單片機(jī)的一個機(jī)器周期包括12 個時鐘振蕩周期，也就是說如果51 單片機(jī)采用12MHz 晶振，那么執(zhí)行一個機(jī)器周期就只需要1μs;如果采用的是6MHz 的晶振，那么執(zhí)行一個機(jī)器周期就需要2 μs。
2 .指令周期是指單片機(jī)執(zhí)行一條指令所需要的時間，一般利用單片機(jī)的機(jī)器周期來計量指令周期。在51 單片機(jī)里有單周期指令(執(zhí)行這條指令只需一個機(jī)器周期)，雙周期指令(執(zhí)行這條指令只需要兩個機(jī)器周期)，四周期指令(執(zhí)行這條指令需要四個機(jī)器周期)。除了乘、除兩條指令是四周期指令，其余均為單周期或雙周期指令。也就是說，如果51 單片機(jī)采用的是12MHz 晶振，那么它執(zhí)行一條指令一般只需1~2 微秒的時間;如果采用的是6MH 晶振，執(zhí)行一條指令一般就需2~4 微秒的時間。
現(xiàn)在的單片機(jī)有很多種型號，但在每個型號的單片機(jī)器件手冊中都會詳細(xì)說明執(zhí)行各種指令所需的機(jī)器周期，了解以上概念后，那么可以依據(jù)單片機(jī)器件手冊中的指令執(zhí)行周期和單片機(jī)所用晶振頻率來完成需要精確延時時間的延時程序。
二、延時指令
在單片機(jī)編程里面并沒有真正的延時指令，從上面的概念中我們知道單片機(jī)每執(zhí)行一條指令都需要一定的時間，所以要達(dá)到延時的效果，只須讓單片機(jī)不斷地執(zhí)行沒有具體實際意義的指令，從而達(dá)到了延時的效果。
1.數(shù)據(jù)傳送指令 MOV
數(shù)據(jù)傳送指令功能是將數(shù)據(jù)從一個地方復(fù)制、拷貝到另一個地方。
如：MOV R7，#80H ;將數(shù)據(jù)80H 送到寄存器R7，這時寄存器R7 里面存放著80H，就單這條
指令而言并沒有任何實際意義，而執(zhí)行該指令則需要一個機(jī)器周期。
2.空操作指令 NOP
空操作指令功能只是讓單片機(jī)執(zhí)行沒有意義的操作，消耗一個機(jī)器周期。
3.循環(huán)轉(zhuǎn)移指令 DJNZ
循環(huán)轉(zhuǎn)移指令功能是將第一個數(shù)進(jìn)行減1 并判斷是否為0，不為0 則轉(zhuǎn)移到指定地點;為0 則往下執(zhí)行。
如：DJNZ R7，KK ;將寄存器R7 的內(nèi)容減1 并判斷寄存器R7 里的內(nèi)容減完1 后是否為0，如果
不為0 則轉(zhuǎn)移到地址標(biāo)號為KK 的地方;如果為0 則執(zhí)行下一條指令。這條指令需要2 個機(jī)器周期。
利用以上三條指令的組合就可以比較精確地編寫出所需要的延時程序。
三、1 秒延時子程序、流程圖及時間計算 (以單片機(jī)晶振為12MHz 為例，1 個機(jī)器周期需要1μs)
了解了以上的內(nèi)容，現(xiàn)在讓我們來看看
程序總共所需時間：1+10+2560+330240+660480+5120+20+2=998433 μs≈1S
在這里運(yùn)行這段程序共需998433 μs，還差1567μs 才達(dá)到1S 的，所以想要達(dá)到完美的1S 延時，需要在返回指令RET 前再添加一些指令讓它把1567μs 的延時完成。有興趣的讀者可以自己試著添加完成。
最后補(bǔ)充一點，編寫程序時一般將延時程序編寫成獨立的子程序，而所謂子程序也就是一個實現(xiàn)某個功能的小模塊。這樣在主程序中就可以方便地反復(fù)調(diào)用編寫好的延時子程序。
小提示：循環(huán)轉(zhuǎn)移指令(DJNZ )除了可以給定地址標(biāo)號讓其跳轉(zhuǎn)外，還可以將地址標(biāo)號改成$，這樣程序就跳回本指令執(zhí)行。例如：
DJNZ R7，$ ;R7 內(nèi)容減1 不為0，則再次執(zhí)行本指令;為0 則往下執(zhí)行，當(dāng)R7 的值改為10時，則執(zhí)行完該條程序所需的時間為2*10=20 μs。
51單片機(jī)匯編延時程序算法詳解
將以12MHZ晶振為例，詳細(xì)講解MCS-51單片機(jī)中匯編程序延時的精確算法。
指令周期、機(jī)器周期與時鐘周期
指令周期：CPU執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期，它是以機(jī)器周期為單位的，指令不同，所需的機(jī)器周期也不同。
時鐘周期：也稱為振蕩周期，一個時鐘周期 =晶振的倒數(shù)。
MCS-51單片機(jī)的一個機(jī)器周期=6個狀態(tài)周期=12個時鐘周期。
MCS-51單片機(jī)的指令有單字節(jié)、雙字節(jié)和三字節(jié)的，它們的指令周期不盡相同，一個單周期指令包含一個機(jī)器周期，即12個時鐘周期，所以一條單周期指令被執(zhí)行所占時間為12*(1/12000000)=1μs。
程序分析
例1 50ms 延時子程序：
DEL：MOV R7，#200 ①
DEL1：MOV R6，#125 ②
DEL2：DJNZ R6，DEL2 ③
DJNZ R7，DEL1 ④
RET ⑤
精確延時時間為：1+(1*200)+(2*125*200)+(2*200)+2
=(2*125+3)*200+3 ⑥
=50603μs
≈50ms
由⑥整理出公式(只限上述寫法)延時時間=(2*內(nèi)循環(huán)+3)*外循環(huán)+3 ⑦
詳解：DEL這個子程序共有五條指令，現(xiàn)在分別就 每一條指令 被執(zhí)行的次數(shù)和所耗時間進(jìn)行分析。
第一句：MOV R7，#200 在整個子程序中只被執(zhí)行一次，且為單周期指令，所以耗時1μs
第二句：MOV R6，#125 從②看到④只要R7-1不為0，就會返回到這句，共執(zhí)行了R7次，共耗時200μs
第三句：DJNZ R6，DEL2 只要R6-1不為0,就反復(fù)執(zhí)行此句(內(nèi)循環(huán)R6次)，又受外循環(huán)R7控制，所以共執(zhí)行R6*R7次，因是雙周期指令，所以耗時2*R6*R7μs。
例2 1秒延時子程序：
DEL：MOV R7,#10 ①
DEL1：MOV R6，#200 ②
DEL2：MOV R5，#248 ③
DJNZ R5，$ ④
DJNZ R6，DEL2 ⑤
DJNZ R7，DEL1 ⑥
RET ⑦
對每條指令進(jìn)行計算得出精確延時時間為：
1+(1*10)+(1*200*10)+(2*248*200*10)+(2*200*10)+(2*10)+2
=[(2*248+3)*200+3]*10+3 ⑧
=998033μs≈1s
由⑧整理得：延時時間=[(2*第一層循環(huán)+3)*第二層循環(huán)+3]*第三層循環(huán)+3 ⑨
此式適用三層循環(huán)以內(nèi)的程序，也驗證了例1中式⑦(第三層循環(huán)相當(dāng)于1)的成立。
注意，要實現(xiàn)較長時間的延時，一般采用多重循環(huán)，有時會在程式序里加入NOP指令，這時公式⑨不再適用，下面舉例分析。
例3仍以1秒延時為例
DEL：MOV R7,#10 1指令周期1
DEL1：MOV R6，#0FFH 1指令周期10
DEL2：MOV R5，#80H 1指令周期255*10=2550
KONG：NOP 1指令周期128*255*10=326400
DJNZ R5，$ 2指令周期2*128*255*10=652800
DJNZ R6，DEL2 2指令周期2*255*10=5110
DJNZ R7，DEL1 2指令周期2*10=20
RET 2
延時時間=1+10+2550+326400+652800+5110+20+2 =986893μs約為1s
整理得：延時時間=[(3*第一層循環(huán)+3)*第二層循環(huán)+3]*第三層循環(huán)+3 ⑩
結(jié)論：針對初學(xué)者的困惑，對匯編程序的延時算法進(jìn)行了分步講解，并就幾種不同寫法分別總結(jié)出相應(yīng)的計算公式，只要仔細(xì)閱讀例1中的詳解，并用例2、例3來加深理解，一定會掌握各種類型程序的算法并加以運(yùn)用。
單片機(jī)延時子程序
1)延時為:20ms 晶振12M
1+(1+2*248+2)*4+1+1+1=20000US=20MS
用匯編..優(yōu)點就是精確...
缺點就是算有點復(fù)雜.
DELAY20MS:
MOV R7,#4
D1:
MOV R6,#248
DJNZ R6,$
DJNZ R7,D1
NOP
NOP
RET
2)一些通過計算51匯編指令得出的軟延時子程序
;*****************************************************************
;延時10uS
;*****************************************************************
time10us: mov r5,#05h ;11us
djnz r5,$
ret
;*****************************************************************
;延時50uS
;*****************************************************************
time50us: mov r5,#19h ;51us
djnz r5,$
ret
;*****************************************************************
;延時100uS
;*****************************************************************
time100us: mov r5,#31h ;99.6us
djnz r5,$
ret
;*****************************************************************
;延時200uS
;*****************************************************************
time200us: mov r5,#64h ;201us
djnz r5,$
ret
;*****************************************************************
;延時250uS
;*****************************************************************
time250us: mov r5,#7ch ;249.6us
djnz r5,$
ret
;*****************************************************************
;延時350uS
;*****************************************************************
time350us: mov r5,#0afh ;351us
time350us_1: djnz r5,time350us_1
ret
;*****************************************************************
;延時500uS
;*****************************************************************
time500us: mov r5,#0fah ;501us
time500us_1: djnz r5,time500us_1
ret
;*****************************************************************
;延時1mS
;*****************************************************************
time1ms: mov r5,#0fah ;1001us
time1ms_1: nop
nop
djnz r5,time1ms_1
ret
;*****************************************************************
;延時2.5mS
;*****************************************************************
time2_5ms: mov r5,#05h ;2.496ms
time2_5ms_1: mov r6,#0f8h ;497us
djnz r6,$
djnz r5,time2_5ms_1
ret
;*****************************************************************
;延時10mS
;*****************************************************************
time10ms: mov r5,#14h ;10.262ms
time10ms_1: mov r6,#0ffh ;511us
djnz r6,$
djnz r5,time10ms_1
ret
;*****************************************************************
;延時50mS
;*****************************************************************
time50ms: mov r5,#63h ;49.996ms
time50ms_1: mov r6,#0fbh ;503us
djnz r6,$
djnz r5,time50ms_1
ret
;*****************************************************************
;延時100mS
;*****************************************************************
time100ms: mov r5,#0c3h ;100.036ms
time100ms_1: mov r6,#0ffh ;511us
djnz r6,$
djnz r5,time100ms_1
ret
;*****************************************************************
;延時200mS
;*****************************************************************
time200ms: mov r5,#02h ;250.351ms
time200ms_1: mov r6,#0f4h ;125.173ms
time200ms_2: mov r7,#0ffh ;511us
djnz r7,$
djnz r6,time200ms_2
djnz r5,time200ms_1
ret
;*****************************************************************
;延時500mS
;*****************************************************************
time500ms: mov r5,#04h ;500.701ms
time500ms_1: mov r6,#0f4h ;125.173ms
time500ms_2: mov r7,#0ffh ;511us
djnz r7,$
djnz r6,time500ms_2
djnz r5,time500ms_1
ret
;*****************************************************************
;延時1S
;*****************************************************************
time1s: mov r5,#08h ;1001.401ms
time1s_1: mov r6,#0f4h ;125.173ms
time1s_2: mov r7,#0ffh ;511us
djnz r7,$
djnz r6,time1s_2
djnz r5,time1s_1
ret
12M晶振 機(jī)器周期為1US NOP為單周期指令 DJNZ為雙周期指令.
3)
;;晶振12MHZ,延時1秒
DELAY:MOV 72H,#100
LOOP3:MOV 71H,#100
LOOP1:MOV 70H,#47
LOOP0:DJNZ 70H,LOOP0
NOP
DJNZ 71H,LOOP1
MOV 70H,#46
LOOP2:DJNZ 70H,LOOP2
NOP
DJNZ 72H,LOOP3
MOV 70H,#48
LOOP4:DJNZ 70H,LOOP4
4);延時1分鐘子程序，F(xiàn)=6MHz
;程序已測過，延時時間60,000,000.0uS
delay60s:mov r3,#228
mov r2,#253
mov r1,#219
loop1: djnz r1,$
djnz r2,loop1
djnz r3,loop1
nop
ret
5)計算機(jī)反復(fù)執(zhí)行一段程序以達(dá)到延時的目的稱為軟件延時，單片機(jī)程序中經(jīng)常需要短時間的延時，但是相當(dāng)一部分人對延時程序很模糊，對延時程序的算法不夠了解，在這里我以12MHz晶振和兩個經(jīng)典延時子程序為例，詳細(xì)分析單片機(jī)匯編延時程序。
何為時鐘周期、機(jī)器周期、和指令周期?
時鐘周期：也就是振蕩周期，以12MHz的時鐘脈沖為例，那時鐘周期就為(1/12000000)s=(1/12)us;
機(jī)器周期：1個機(jī)器周期=6個狀態(tài)周期=12個時鐘周期=1us;
指令周期：CPU執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期，指令周期是以機(jī)器周期為單位的，不同的指令所需的機(jī)器周期不一定相同，可參考51單片機(jī)指令速查表。
由上可得：CPU執(zhí)行一條單周期指令，需要1us;執(zhí)行一條雙周期指令需要2us。
下面是具體的延時子程序分析：
0.1s延時子程序(12MHz晶振)：
MOV R7,#200 ;單周期指令(1us)
D1: MOV R6,#250 ;單周期指令(1us)
DJNZ R6,$ ;雙周期指令(2us)//該指令自身執(zhí)行R6次
DJNZ R7,D1 ;雙周期指令(2us)//D1執(zhí)行R7次
RET ;雙周期指令(2us)
T=1+(1+2*R6+2)*R7+2
=100603us
≈0.1s
0.5s延時子程序(12MHz晶振)：
MOV R7,#5 ;單周期指令(1us)
D1: MOV R6,#200 ;單周期指令(1us)
D2: MOV R5,#250 ;單周期指令(1us
DJNZ R5,$ ;雙周期指令(2us)//該指令自身執(zhí)行R5次
DJNZ R6,D2 ;雙周期指令(2us)//D2執(zhí)行R6次
DJNZ R7,D1 ;雙周期指令(2us)//D1執(zhí)行R7次
RET ;雙周期指令(2us)
T=1+[1+(1+2*R5+2)*R6+2]*R7+2
=503018us
≈0.5s
6) 51單片機(jī)經(jīng)典流水燈程序，在51單片機(jī)的P2口接上8個發(fā)光二極管，產(chǎn)生流水燈的移動效果。
ORG 0 ;程序從0地址開始
START: MOV A,#0FEH ;讓ACC的內(nèi)容為11111110
LOOP: MOV P2,A ;讓P2口輸出ACC的內(nèi)容
RR A ;讓ACC的內(nèi)容左移
CALL DELAY ;調(diào)用延時子程序
LJMP LOOP ;跳到LOOP處執(zhí)行
;0.1秒延時子程序(12MHz晶振)===================
DELAY: MOV R7,#200 ;R7寄存器加載200次數(shù)
D1: MOV R6,#250 ;R6寄存器加載250次數(shù)
DJNZ R6,$ ;本行執(zhí)行R6次
DJNZ R7,D1 ;D1循環(huán)執(zhí)行R7次
RET ;返回主程序
END ;結(jié)束程序
編輯：admin 最后修改時間：2018-05-18
