avr-gcc中关于delay延时函数的应用修改版[ourdev]

在51中我们的延时函数都是自己编写的，无论是在汇编中还是在C言语中。虽然有模板，有时还是有点烦。呵呵。不过在应用avr 单片机的时候我们就有福了。因为avr-gcc 提供给我们很方便的delay 延时函数, 只有在源文件包含：

#include <util/delay.h>

就可以使用了。这个头文件定义了两个级别的延时函数分别是：

void  _delay_us (double __us) ;      //微秒级
void  _delay_ms (double __ms);    //毫秒级

不过不可以高兴的太早，因为要在你的avr-gcc中正确使用它们是有条件的，下面我将慢慢道来。

这个参数和 Makefile 中的 F_CPU 值有关，Makefile 所定义的的F_CPU 变量的值会传递给编译器。你如果用***R_studio 4.1X来编辑和调试，用内嵌***R-GCC的进行编译，并且让***R_studio 帮你自动生成Makefile 的话，那你可以在：

Project -> Configuration Options -> Gerneral -> Frequency 如下图：





写下你的F_CPU的值，F_CPU这个值表示你的***R单片机的工作频率。单位是 Hz ,不是 MHZ，不要写错。如 7.3728M 则 F_CPU = 7372800。

你会发现在"delay.h" 头文件中有这个样的一个定义如下：

#ifndef F_CPU
# warning "F_CPU not defined for <util/delay.h>"
# define F_CPU 1000000UL    // 1MHz
#endif

这是为了在你没有定义F_CPU这个变量(包括空)，或是***R_studio Frequency没有给值的时候，提供一个默认的 1MHz频率值。让编译器编译时不至于出错。

下面是这两个函数的实体：

void _delay_us(double __us)        //  微秒
 {
 uint8_t __ticks;
 double __tmp = ((F_CPU) / 3e6) * __us;   // 3e6 是因为调用的_delay_loop_1()是三条指令的
 if (__tmp < 1.0)
   __ticks = 1;
 else if (__tmp > 255)
   __ticks = 0;
 else
   __ticks = (uint8_t)__tmp;
 _delay_loop_1(__ticks);
 }
 
 void _delay_ms(double __ms)       // 毫秒
 {
 uint16_t __ticks;
 double __tmp = ((F_CPU) / 4e3) * __ms;  // 4e3 是因为调用的_delay_loop_2()是四条指令的
 
 if (__tmp < 1.0)
   __ticks = 1;
 else if (__tmp > 65535)
   __ticks = 0;
 else
   __ticks = (uint16_t)__tmp;
 _delay_loop_2(__ticks);
 }

你会发现他们都分别调用了 _delay_loop_1(); 和_delay_loop_2(); 这两个函数

而这两个函数又如下所示：

void  _delay_loop_1(uint8_t __count)
 {
 __asm__ volatile (
   "1: dec %0" "\n\t"
   "brne 1b"
   : "=r" (__count)
   : "0" (__count)
 );
 }

从其函数注释里面可以了解到，该函数用来延迟3个晶振时钟周期，不包括程序调用和退出该函数所花费的时间。该函数的形参__count是一个8位的变量，由此，我们就可以根据系统采用的晶振频率算出该函数最大的延迟时间了：

1MHz时： MAX_DELAY_TIME = (1/1000000)*3*256 = 0.000768 S = 768 uS

8MHz时： MAX_DELAY_TIME = (1/8000000)*3*256 = 0.000096 S = 96 uS

............

F_CPU MAX_DELAY_TIME = (1/F_CPU)*3*256

依此类推。

void  _delay_loop_2(uint16_t __count)
 {
 __asm__ volatile (
   "1: sbiw %0,1" "\n\t"
   "brne 1b"
   : "=w" (__count)
   : "0" (__count)
 );
 }

该函数延时4个晶振周期，形参是一个16位的变量，同样我们也可以算出该函数最大的延迟时间：

1MHz时： MAX_DELAY_TIME = (1/1000000)*4*65535 = 0.26214 S = 262.1 mS

8MHz时： MAX_DELAY_TIME = (1/8000000)*4*65535 = 0.03277 S = 32.8 mS

............

F_CPU MAX_DELAY_TIME = (1/F_CPU)*4*65535

依此类推。



重要提示：_delay_loop_1(0)、_delay_loop_1(256)延时是一样的！！

同理，_delay_loop_2(0)、_delay_loop_2(65536)延时也是一样的！！这些函数的延时都是最长的延时。

这两个函数都是avr-gcc 的 inline汇编格式写的，具体的语法规则我就不多说了。可以参考avr-libc。不过这两个函数很简单，很容易明白。一个是字节递减，一个是字递减。如果你认真看上面几个函数，你就会发现要正确使用它们是有如下条件的：

1. 首先，你要正确定义你的 F_CPU 的值，也就是你的***R单片机实际的频率。否则延时不准。（延时只在数字上不准确，具体可以计算）

2. 你在编译时一定要打开优化，Makefile中OPT 不要选 0 ,如果***R_studio 不要选O0 。

3. 你在使用这两个delay()时，传递给两个函数的实参要使用常量，不要使用变量。

4. 设置的时间参数__ms , __us 是有范围的，不要超过范围。__ms：1 - [262.14 ms / (F_CPU/1e6) ]， __us：1- [768 us / (F_CPU/1e6)] 。 [...] 表取整数部分.(此处结论错误?)。

__us的最大值应该是768us（1M频率下） MAX_VALUE = 256*3/F_CPU s，最小值3个时钟周期MIN_VALUE = 1*3/F_CPU
s;

，__ms最大值MAX_VALUE = 65536*4/F_CPU s，MIN_VALUE = 1*4/F_CPU s;

只有具备了上面的条件你才可以正确使用延时函数 _delay_us () 和 _delay_ms () 。对于第三个条件，为什么要选用常量，还有第二个条件为什么要打开优化选项。这是为了让编译器在编译的时候就把延时的值计算好，而不是把它编译到程序中，在运行时才进行计算，那样的话，一是会增加代码的长度，还会使你的延时程序的延时时间加长，或是变得不可预料。产生时序的错误。





在08版本中已经修改，具体函数如下：

void
 _delay_us(double __us)
 {
  uint8_t __ticks;
  double __tmp = ((F_CPU) / 3e6) * __us;
  if (__tmp < 1.0)
   __ticks = 1;
  else if (__tmp > 255)
  {
   _delay_ms(__us / 1000.0);
   return;
  }
  else
   __ticks = (uint8_t)__tmp;
  _delay_loop_1(__ticks);
 }

当__us过大的时候，就会调用_delay_ms();由上面可以知道8M时候_delay_ms最小可以延时4/8000000=0.5us 1M时，最小延时4/1000000=4us,可以连接上。

void _delay_ms(double __ms)
 {
  uint16_t __ticks;
  double __tmp = ((F_CPU) / 4e3) * __ms;
  if (__tmp < 1.0)
   __ticks = 1;
  else if (__tmp > 65535)
  {
   // __ticks = requested delay in 1/10 ms
   __ticks = (uint16_t) (__ms * 10.0);
   while(__ticks)
   {
    // wait 1/10 ms
    _delay_loop_2(((F_CPU) / 4e3) / 10);
    __ticks --;
   }
   return;
  }
  else
   __ticks = (uint16_t)__tmp;
  _delay_loop_2(__ticks);
 }

当__ms过大时，只采用__ticks --的方式延时。先延时一个262ms(1M，32ms 8M),然后用递减方式。