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        C語言里如何編寫精確的微量延時

        作者:佚名   來源:本站原創   點擊數:  更新時間:2014年12月29日   【字體:

                             廣西民族大學物理與電子工程學院    白羽

         
         
         
        眾所周知,相比于其他編程語言,C語言在編寫嵌入式編程中有著絕對的優勢。但它總也有缺點的:它的時序性比較差,不容易編寫精準的延時。而在編寫嵌入系統驅動程序時,常常需要比較精確的軟件延時,這使得C語言的“劣勢”暴露了出來,一般都只能通過嵌入匯編的方式實現。例如,在1MHZ工作頻率下需要延時10us,就需要嵌入10句“空操作”指令,顯然在書寫上比較難堪。本文提出一種簡化書寫的延時方案,使用帶參數的宏構來造微小時間片,可以實現完全精確的軟件延時,大大方便了驅動程序及軟件模擬通信協議的編寫。
         
         
         
        說明:以下皆為ICC AVR平臺下的討論,對AVR系列所有型號的單片機皆有效。至于其他平臺,可據此方案自行修改和移值。
         
         
         
        該方案的實現方法其實很簡單:
         
        首先定義N個宏,分別調用 1 ~ N 個匯編“空操作”指令,如:
         
        #define   NOP_1      asm("nop")               //延時一個時鐘周期
         
        #define   NOP_2      NOP_1;   asm("nop")      //延時兩個時鐘周期
         
        #define   NOP_3      NOP_2;   asm("nop")      //延時三個時鐘周期
         
        #define   NOP_4      NOP_3;   asm("nop")      //延時四個時鐘周期
         
        ……
         
        #define  NOP_40   NOP_40;  asm("nop")         //延時40個時鐘周期
         
        然后利用“##”操作符,實現帶參數宏的延時:
         
        #define   NOP(N)    NOP_##N                   //延時 N個時鐘周期
         
        操作符的作用是把兩個部分的內容連成一個內容。就是說,NOP(3)展開后成為NOP_3,NOP(4)展開后成為NOP_4,等等。因此,定義上述宏之后,就可通過調用NOP(N)語句實現精確軟件延時。例如:
         
        NOP(4);   //延時4個時鐘周期
         
        上述語句展開過程如下:
         
        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");
         
        正好延時4個時鐘周期
         
        不過,上面的宏還不夠完善,如果試圖使用下面的語句,程序將會出現漏洞。
         
        if(表達式)
         
           NOP(3);
         
        else
         
           NOP(4);
         
        這是因為NOP(N)宏展開之后,不是一個語句,而是變成N個語句。故必須用花括號括起來,程序才能運行正確。即應該改為:
         
        if(表達式)
         
        {
         
           NOP(3);
         
        }
         
        else
         
        {
         
           NOP(4);
         
        }
         
         
         
        如果把NOP(N)宏的定義改為:
         
        #define  NOP(N)      do{   NOP_##N ;   }while(0)
         
        則NOP(N)宏展開之后只形成一個語句,將不會出現上面的問題。
         
         
         
        但是要注意,“##”操作符只能按照原樣把兩邊的內容連在一起。故NOP(N)的參數必須是具體的常量,即只能是數字,并且,與該數字相對應的宏NOP_N已必須已經定義。
         
        例如:
         
        “NOP(3+4);”語句展開之后,將將變成“NOP_3+4;”,出現語法錯誤;
         
        又如:
         
        “NOP(a);”語句展開之后,將將變成“NOP_a;”,而“NOP_a;”未定義。
         
        只有這樣的語句才是正確的調用:
         
        NOP(20);      //延時20個時鐘周期
         
         
         
        將上述方案整理成一個頭文件,以后就可以任意調用了。下面是整理好的頭文件:
         
         
         
        注意:該文件不宜作長時間的延時。長時間的延時將會調用大量的“空操作”指令,占用大量的程序指令空間。這個問題將在V2.0版本中解決。
         
         
         
         
         
        NOP.H
         
         
         
        /*********************************************************************
         
              單    位:廣西民族大學物理與電子工程學院
         
              文件名稱:NOP.H
              文件標識:_NOP_H_
              摘    要:精密延時頭文件,可以精確延時40以內(包括40)的時鐘周期
              當前版本:V1.0
              作    者:白  羽    
         
              完成日期:2010年5月9日
              特別聲明:您可以任意轉載、復制本文件,但不能隨便剔除本文件說明
         
        *********************************************************************/
         
         
         
        #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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