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C语言里如何编写精确的微量延时

作者:佚名   来源:本站原创   点击数:x  更新时间:2014年12月29日   【字体:

                     广西民族大学物理与电子工程学院    白羽

 
 
 
众所周知,相比于其他编程语言,C语言在编写嵌入式编程中有着绝对的优势。但它总也有缺点的:它的时序性比较差,不容易编写精准的延时。而在编写嵌入系统驱动程序时,常常需要比较精确的软件延时,这使得C语言的“劣势”暴露了出来,一般都只能通过嵌入汇编的方式实现。例如,在1MHZ工作频率下需要延时10us,就需要嵌入10句“空操作”指令,显然在书写上比较难堪。本文提出一种简化书写的延时方案,使用带参数的宏构来造微小时间片,可以实现完全精确的软件延时,大大方便了驱动程序及软件模拟通信协议的编写。
 
 
 
说明:以下皆为ICC AVR平台下的讨论,对AVR系列所有型号的单片机皆有效。至于其他平台,可据此方案自行修改和移值。
 
 
 
该方案的实现方法其实很简单:
 
首先定义N个宏,分别调用 1 ~ N 个汇编“空操作”指令,如:
 
#define   NOP_1      asm("nop")               //延时一个时钟周期
 
#define   NOP_2      NOP_1;   asm("nop")      //延时两个时钟周期
 
#define   NOP_3      NOP_2;   asm("nop")      //延时三个时钟周期
 
#define   NOP_4      NOP_3;   asm("nop")      //延时四个时钟周期
 
……
 
#define  NOP_40   NOP_40;  asm("nop")         //延时40个时钟周期
 
然后利用“##”操作符,实现带参数宏的延时:
 
#define   NOP(N)    NOP_##N                   //延时 N个时钟周期
 
操作符的作用是把两个部分的内容连成一个内容。就是说,NOP(3)展开后成为NOP_3,NOP(4)展开后成为NOP_4,等等。因此,定义上述宏之后,就可通过调用NOP(N)语句实现精确软件延时。例如:
 
NOP(4);   //延时4个时钟周期
 
上述语句展开过程如下:
 
NOP_3 ;   asm("nop");
 
NOP_2;   asm("nop");   asm("nop");
 
NOP_1;   asm("nop");   asm("nop");   asm("nop");
 
asm("nop");   asm("nop");   asm("nop");   asm("nop");
 
正好延时4个时钟周期
 
不过,上面的宏还不够完善,如果试图使用下面的语句,程序将会出现漏洞。
 
if(表达式)
 
   NOP(3);
 
else
 
   NOP(4);
 
这是因为NOP(N)宏展开之后,不是一个语句,而是变成N个语句。故必须用花括号括起来,程序才能运行正确。即应该改为:
 
if(表达式)
 
{
 
   NOP(3);
 
}
 
else
 
{
 
   NOP(4);
 
}
 
 
 
如果把NOP(N)宏的定义改为:
 
#define  NOP(N)      do{   NOP_##N ;   }while(0)
 
则NOP(N)宏展开之后只形成一个语句,将不会出现上面的问题。
 
 
 
但是要注意,“##”操作符只能按照原样把两边的内容连在一起。故NOP(N)的参数必须是具体的常量,即只能是数字,并且,与该数字相对应的宏NOP_N已必须已经定义。
 
例如:
 
“NOP(3+4);”语句展开之后,将将变成“NOP_3+4;”,出现语法错误;
 
又如:
 
“NOP(a);”语句展开之后,将将变成“NOP_a;”,而“NOP_a;”未定义。
 
只有这样的语句才是正确的调用:
 
NOP(20);      //延时20个时钟周期
 
 
 
将上述方案整理成一个头文件,以后就可以任意调用了。下面是整理好的头文件:
 
 
 
注意:该文件不宜作长时间的延时。长时间的延时将会调用大量的“空操作”指令,占用大量的程序指令空间。这个问题将在V2.0版本中解决。
 
 
 
 
 
NOP.H
 
 
 
/*********************************************************************
 
      单    位:广西民族大学物理与电子工程学院
 
      文件名称:NOP.H
      文件标识:_NOP_H_
      摘    要:精密延时头文件,可以精确延时40以内(包括40)的时钟周期
      当前版本:V1.0
      作    者:白  羽    
 
      完成日期:2010年5月9日
      特别声明:您可以任意转载、复制本文件,但不能随便剔除本文件说明
 
*********************************************************************/
 
 
 
#ifndef  _NOP_H_
#define  _NOP_H_
 
 
 
#define  NOP(N)    do{ NOP_##N(); }while(0)
 
 
 
#define  NOP_0()
#define  NOP_1()   asm("nop")
#define  NOP_2()   NOP_1();asm("nop")
#define  NOP_3()   NOP_2();asm("nop")
#define  NOP_4()   NOP_3();asm("nop")
#define  NOP_5()   NOP_4();asm("nop")
#define  NOP_6()   NOP_5();asm("nop")
#define  NOP_7()   NOP_6();asm("nop")
#define  NOP_8()   NOP_7();asm("nop")
#define  NOP_9()   NOP_8();asm("nop")
#define  NOP_10()  NOP_9();asm("nop")
#define  NOP_11()  NOP_10();asm("nop")
#define  NOP_12()  NOP_11();asm("nop")
#define  NOP_13()  NOP_12();asm("nop")
#define  NOP_14()  NOP_13();asm("nop")
#define  NOP_15()  NOP_14();asm("nop")
#define  NOP_16()  NOP_15();asm("nop")
#define  NOP_17()  NOP_16();asm("nop")
#define  NOP_18()  NOP_17();asm("nop")
#define  NOP_19()  NOP_18();asm("nop")
#define  NOP_20()  NOP_19();asm("nop")
#define  NOP_21()  NOP_20();asm("nop")
#define  NOP_22()  NOP_21();asm("nop")
#define  NOP_23()  NOP_22();asm("nop")
#define  NOP_24()  NOP_23();asm("nop")
#define  NOP_25()  NOP_24();asm("nop")
#define  NOP_26()  NOP_25();asm("nop")
#define  NOP_27()  NOP_26();asm("nop")
#define  NOP_28()  NOP_27();asm("nop")
#define  NOP_29()  NOP_28();asm("nop")
#define  NOP_30()  NOP_29();asm("nop")
#define  NOP_31()  NOP_30();asm("nop")
#define  NOP_32()  NOP_31();asm("nop")
#define  NOP_33()  NOP_32();asm("nop")
#define  NOP_34()  NOP_33();asm("nop")
#define  NOP_35()  NOP_34();asm("nop")
#define  NOP_36()  NOP_35();asm("nop")
#define  NOP_37()  NOP_36();asm("nop")
#define  NOP_38()  NOP_37();asm("nop")
#define  NOP_39()  NOP_38();asm("nop")
#define  NOP_40()  NOP_39();asm("nop")
 
 
#endif

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