[转贴]精确到1个机器周期的延迟函数

hisungao

延迟函数恐怕是任何一个51程序中最经常用到的部分，可以用空循环来做，也可以使用基于
定时器的中断来做。两种方法各有优缺点，各自适应不同的应用场合。今天，我按照自己的
思路给出这个问题的解答。这个解答是基于空循环的方法，我讲解的顺序是先用汇编来实现，
然后想办法把这段汇编嵌入到C程序中。以下的时间单位假定为机器周期，而不是具体的多少
毫秒微秒之类的。

第一步：汇编实现。
我们需要用到3个寄存器和3个内存单元。寄存器用来循环计数，内存单元用来保存循环次数
的初始数值。假定寄存器使用r5、r6和r7，对应的内存单元用标号记为delayr5、delayr6和
delayr7。也许你已经有所领悟，我使用3个寄存器和3个内存单元就是要做3层嵌套循环，r5
和delayr5用于控制最外层，r6和delayr6用于控制中间层，r7和delayr7用于控制最内层。
在你的汇编程序最开始，你应该定义好delayr5、delayr6和delayr7，比如像下面这样：
        示例代码1：
        delayr5                data        30h
        delayr6         data        31h
        delayr7                data        32h
也就是说，delayr5占据了地址编号为30h的内部RAM，delayr6占据了地址编号为31h的内部RAM，
delayr7占据了地址编号为32h的内部RAM。具体的地址根据你的程序需要自行修改。注意不要
使得内存单元地址和寄存器冲突。好了，现在把我的汇编子程序给你：
        示例代码2：
        DELAY:
                        mov r5,delayr5                ;2个机器周期
        DELAY1:
                        mov r6,delayr6                ;2个机器周期
        DELAY2:
                        mov r7,delayr7                ;2个机器周期
        DELAY3:
                        djnz r7,DELAY3                ;2个机器周期
                        djnz r6,DELAY2                ;2个机器周期
                        djnz r5,DELAY1                ;2个机器周期
                        ret                        ;RET指令本身要用2个机器周期才能返回
假定，你已经给delayr5、delayr6和delayr7赋予了正确的数值，当你调用DELAY的时候就会进
行一段时间的空循环，然后返回，达到延迟的目的。而且，根据我的设计，你应该遵守下面的
调用顺序：
        示例代码3：
        ;其它代码
                        mov delayr5,#0XXh        ;2个机器周期
                        mov delayr6,#0XXh        ;2个机器周期
                        mov delayr7,#0XXh        ;2个机器周期
                        lcall DELAY                 ;LCALL指令本身要用2个机器周期才能转
                                                ;到DELAY处去执行
        ;其它代码
在示例代码3中，#0XXh表示某些合适的数值（后面再说如何得到这些数值），那么前3行就是赋
值，第4行是调用。那么包含前3条赋值代码在内，上面的程序一共运行了多少个机器周期呢？
答案是：2{ [ ( delayr7 + 2 )delayr6 + 2 ]delayr5 } + 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 2    公式1
现在，假定你要延迟100个机器周期的时间，那么你就要想办法把循环初始数值算好，然后给
delayr5、delayr6和delayr7赋值就行了，也就是替换示例代码3中的那些#0XXh。这可不是一个
简单的活，你怎么知道你给的初始数值就一定能使公式1算出100个机器周期呢？所以，一个很
重要的工作就是要逆向计算，算出公式1中的那些delay常数。我给你准备了一个VC程序，用于
计算这些数值，你自己下载来使用。注意#0XXh不能是零。

第二步：如何得到初始数值。
仔细看好下面的说明，你才能学会如何得到初使数值，使得延迟误差收敛到1个机器周期之内。

程序界面如图所示。操作顺序如下：
1 设定晶体频率，单位Hz。不认识KHz、MHz这些单位，只能输入数字。
2 比如AT89C51这种芯片，一个机器周期包括12个时钟周期，那么要把12这个数字设置好。
3 但后点击设定。只要你修改上述两个数值之一时，必需要重新点设定按钮。
4 最大和最小的延迟时间，是根据你输入的晶体频率和分频系数自动计算出来的，你要延迟
的时间只能在这两者之间，超出无效。
5 设定好延迟时间，点计算，就可以得到delayr5、delayr6和delayr7。

以下几个问题需要解答。
A   是不是所有的延迟时间都能精确地达到？
答：不是。根据公式1，延迟的机器周期只能是偶数，不能是奇数。即便是偶数，也不见得能
找到精确的delayr5、delayr6和delayr7。
B   不能精确延迟怎么办？
答：你看见了，程序的界面有一个参数，实际延迟时间与预期值的误差。举例说明，假定12MHz
晶体，12分频（AT89C51），延迟1001微妙，可是实际算出来的量只能延迟1000微妙，差1微妙。
我把这个差值表示为以机器周期为单位的量显示出来，在本例是-1。那么你可以很简单的修改
代码，加上一个nop就行了，如果是-2，加2个nop，这个差值很小，不会让你加很多nop。那如
果差值是正的怎么办？例如你要延迟123458微妙，实际出来的是123460。你可以这样，把要延
迟的数值稍微改小一些，比如123456，那样的话，计算出来的差值是零，然后你人为加2个nop
就OK了。
C   太大或者太小的延迟时间怎么办？
答：如果你要延迟6个微妙，直接写6个nop不是更好吗？如果你要延迟100秒，可以每次延迟20秒，
共5次调用不就OK了，况且延迟100秒，好像也没有必要精确到1微妙。
D   如果差值是-10000，我岂不是要写10000个nop？
答：你好笨。汉字一写一划，二写二划，三写三划，这么说万字要写10000划了。如果差10000个，
你可以再搞一个延迟10000的调用不就行了，大拆小，小拆无。

第三步：嵌入C程序中。
上面是汇编的代码，用C直接写精确的延迟程序是不可能的，只能混合编成，把汇编程序嵌入进
去。当然要做一些小的变化以适应C语言程序。
1 程序需要6个内存空间用来保存变量，你必须有足够空间。像下面这样，在你的main之前：
        示例代码4：
        unsigned char data DelayConstantInner  = 0;        //内层延迟时间常数
        unsigned char data DelayConstantMiddle = 0;        //中层延迟时间常数
        unsigned char data DelayConstantOuter  = 0;        //外层延迟时间常数
        unsigned char data DelayCounterInner   = 0;        //内层延迟计数器
        unsigned char data DelayCounterMiddle  = 0;        //中层延迟计数器
        unsigned char data DelayCounterOuter   = 0;        //外层延迟计数器
2 声明延迟子程序，如果你把这个子程序放在main之前，那么可以声明与实现一起做，如下：
        示例代码5：
        void TimeDelay()                     
        {
                #pragma asm
                DELAY000:
                        mov DelayCounterOuter, DelayConstantOuter
                DELAY001:
                        mov DelayCounterMiddle,DelayConstantMiddle
                DELAY002:
                        mov DelayCounterInner, DelayConstantInner
                DELAY003:
                        djnz DelayCounterInner, DELAY003
                        djnz DelayCounterMiddle,DELAY002
                        djnz DelayCounterOuter, DELAY001
                #pragma endasm  
}
如果你要调用它，为了保持精确性和与上面汇编的兼容性，应该这样做：
        示例代码6：
        DelayConstantInner  = XXX;
        DelayConstantMiddle = XXX;
        DelayConstantOuter  = XXX;
        TimeDelay()
这样，生成的汇编代码与上面完全一致。XXX的数值最小是1，最大是255，不能用0。
3 当然，在C程序中嵌入汇编，还要设置一些编译器选项，这个你自己找书看。这一步很重要哦，要
不你编译根本通不过。
原代码用VC2005打开。

                               
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kjlin007

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