薛金水（廣東工程職業(yè)技術學院,廣州　510520）

51單片機中for循環(huán)延時時間的分析與仿真驗證

薛金水
（廣東工程職業(yè)技術學院,廣州510520）

摘要：在單片機控制中，延時控制是最常用的程序之一。本文對51系列單片機中各種for循環(huán)程序?qū)膮R編代碼進行分析，探究延時時間長短的各種決定因素，提出了應用for循環(huán)實現(xiàn)延時時間的一般估算方法和注意要素。并通過Proteus軟件仿真，對延時控制程序的時間進行驗證。

關鍵詞：單片機；for循環(huán)；延時控制；匯編代碼；Proteus仿真

1　引言

在單片機控制中，延時控制是最常用的程序之一。通過延時，一方面使系統(tǒng)硬件各部分按照步驟設定，一步一步執(zhí)行下去；另一方面使系統(tǒng)的硬件和軟件能夠協(xié)調(diào)運行，完成設定的傳輸和控制功能。延時控制既可以用硬件、也可以用軟件來實現(xiàn)。軟件控制可以用匯編語言或者C語言程序來實現(xiàn)。雖然匯編語言有指令緊湊、控制時間精確、占用內(nèi)存少等特點，但是它相對難于掌握。由于C語言具有語言功能齊全、使用靈活方便、開發(fā)效率高，相對容易掌握等特點，被廣泛應用于在單片機系統(tǒng)開發(fā)應用中。

在C語言延時程序設計中，常用三種循環(huán)語句（while語句、do while語句和for語句）實現(xiàn)延時功能。其中以for循環(huán)延時最為常見。本文從應用需要角度出發(fā)，依據(jù)單片機C語言for循環(huán)的各種不同形式，通過具體實例，對照編譯生成的匯編代碼，分析、歸納總結出C語言for循環(huán)延時程序的延時時間估算方法及，通過Proteus軟件仿真進行驗證，并提出使用建議。

2　各種for循環(huán)語句程序延時結果分析

用C語言編寫的單片機程序，首先要轉(zhuǎn)換為匯編語言，最后編譯為機器代碼后才能真正運行。因此，對于用C語言編寫的各種延時程序，只有通過從其匯編轉(zhuǎn)換代碼上計算其實現(xiàn)延時時間，才是比較準確時間估算的方法。

2.1決定for循環(huán)延時時間長短的因素

從各種for循環(huán)語句程序延時情況進行分析和驗證，發(fā)現(xiàn)：與延時結果有關的因素有如下三個：循環(huán)變量類型（char或者int類型）、循環(huán)變量變化方式（遞增或者遞減)和循環(huán)次數(shù)（是否超過256）。下表是考慮上述三種因素的不同for循環(huán)延時程序的匯編代碼與實際延時時間分析和比較。

表1　循環(huán)變量為char類型的for循環(huán)延時程序

從表1可以看出，以char類型為循環(huán)變量、循環(huán)變量遞減變化時，是使用寄存器R7，以DJNZ語句為循環(huán)體，延時時間為1+2x125=251us；以char類型為循環(huán)變量、循環(huán)變量遞增變化時，同樣使用寄存器R7，以加1指令INC和CJNZ語句為循環(huán)體，延時時間為1+（2+1）x126=379us。采用char類型為循環(huán)變量時，循環(huán)變量遞增與遞減變化時，其延時時間差別比較大。

表2　循環(huán)變量為int類型的for循環(huán)延時程序

從表2可以看出，以int類型為循環(huán)變量時，只要循環(huán)次數(shù)不超過256次，則循環(huán)變量無論是遞減還是遞增變化，匯編語言都是使用寄存器R6和R7，以INC、CJNE或DJNZ語句為循環(huán)體，在循環(huán)次數(shù)相同時延時時間近似相等，循環(huán)次數(shù)增加時延時時間按照比例增加（見函數(shù)5、6、7、8）；當循環(huán)次數(shù)超過256次，延時時間不再成比例增加，例如：采用（unsigned）int；for(i=500;i＞=1;i--)；的延時時間約為4000us；采用（unsigned）int；for(i=1;i＜=500;i++)；的延時時間約為3000us。讀者可自行驗證。

2.2for循環(huán)延時程序的應用

從以上分析可以看出：采用char類型為循環(huán)變量類型時,循環(huán)變量按照遞加或者遞減變化時,延時時間會差別較大；采用int類型為循環(huán)變量類型時,在循環(huán)次數(shù)不超過256次時，按照遞加或者遞減變化時,延時時間差別很??；而當循環(huán)次數(shù)超過256次時，其延時時間不能夠?qū)崿F(xiàn)等比例增加。

所以，從應用角度出發(fā)，采用定義i為整型時，以for(i=125;

i＞=1;i--);或者for(i=1;i＜=125;i++);語句來作為1ms基本延時函數(shù)，不用考慮循環(huán)變量是遞加還是遞減，比較簡單易掌握。需要較長的延時時間采用二重循環(huán)的方式。采用二重循環(huán)的方式，最長可以延長255ms，能夠滿足一般的延時需求。如果需要更長時間延時，則可以用三重甚至多重循環(huán)方式，但是循環(huán)次數(shù)一般不能超過256次。

例如：要實現(xiàn)延時10ms，則可以用如下循環(huán)

3　C語言程序軟件延時功能的Proteus仿真軟件

C語言延時功能實現(xiàn)過程中，為了驗證其延時的正確性，一方面可以利用示波器來測定延時程序執(zhí)行時間，即設計一個基本單片機硬件電路，將包含實現(xiàn)延時函數(shù)的程序下載到單片機硬件電路，在程序中運行該延時函數(shù)，通過測量示波器相關輸出引腳上的高、低電平時間，即可確定延時函數(shù)執(zhí)行時間；也可以采用反匯編方法，即利用Proteus軟件將用C51編寫的延時函數(shù)轉(zhuǎn)換為匯編語言程序，通過計算匯編語言程序的運行時間得到該延時函數(shù)的運行時間；或者利用KeilC51編譯器中的斷點調(diào)試功能來模擬執(zhí)行延時代碼所需的時間，即在延時函數(shù)前、后設置斷點，通過比較兩個斷點的時間變化來確定延時程序?qū)嶋H執(zhí)行時間。

這里介紹一種與單片機教學緊密結合，又比較容易實現(xiàn)的方法，即是利用Proteus軟件仿真功能來搭建一個硬件電路，然后將目標程序經(jīng)編譯后生成HEX文件，寫入C51單片機中，利用Proteus中的虛擬示波器觀察設置輸出引腳（如P1.0）波形的變化周期來判斷是否實現(xiàn)預定延時功能。

例如：執(zhí)行上述延時10ms程序來控制輸出引腳（如P1.0）變化，將其生成的.HEX文件寫入單片機仿真電路中，利用Proteus中的虛擬示波器生成波形來判斷是否實現(xiàn)預定延時功能。如上述程序的波形圖如圖1。

從波形圖和相關旋鈕可以看出，該波形的幅度為5格*1V/格=5V，高、電平為2格*5ms/格=10ms，實現(xiàn)其延時功能。

圖1

4　結束語

本文通過分析比較，提出一種比較可靠的1ms基本延時函數(shù)實現(xiàn)方法，通過對該延時函數(shù)的循環(huán)，便可以實現(xiàn)較長時間延時。通過軟件仿真，對延時控制程序的時間精確度進行驗證和分析，并且可以根據(jù)實際延時輸出情況進行調(diào)整。本文介紹單片機延時控制的實現(xiàn)方法比較容易掌握實現(xiàn)，對延時精確度要求不是特別高的場合，具有一定的參考和應用價值。

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作者簡介:薛金水(1974-),男,廣東興寧人，本科，研究方向：電子信息類專業(yè)教學和研究。