关于郭天祥单片机书上第四十七页延时函数的相关计算问题

关于郭天祥单片机书上第四十七页延时函数的相关计算问题

 

因为对郭天祥51单片机书上的延时函数赶到费解，特撰此文。
程序：
Unsigned char j;
for( j = 0; j < 110; j++);
计算一个for循环的延时。
调试步骤：
第一步：程序运行到for语句之前花了0.00038900秒启动并定义变量j
 
第二步：程序运行完for语句共花了（0.00072100--0.0038900）秒
 
 
 
程序汇编代码为
 
for( j = 0; j < 110; j++);
?C0011:
INC  
R7               【R7自增（j++）】
CJNE 
R7,#06EH,?C0011  【判断并跳转，若R6=110继续往下执行，若不等，跳转
到?C0004（循环110次）】
 
一个指令周期 = 4个机器周期
一个机器周期 = 12个时钟周期
一个时钟周期 = 1/（12MHz）秒
执行for时间为：（0.00072100--0.0038900）= 0.00033200秒

时钟周期个数为：0.00033200/（1/12M）=332*12个

机器周期个数为：332个【机器周期定义为在一个操作周期内，单片机完成一项基本操作，如取指令,存储器读/写等】

上述汇编中

第一步：j = 0；【两条汇编指令，两个单周期单字节指令消耗两个机器周期】

 

第二步：循环110次【两条汇编指令，消耗三个机器周期（INC为单字节指令只消耗一个机器周期，而CJNE为双字节指令，消耗两个指令周期）】

 

消耗机器周期总数为：2+3*110 = 332个 与 调试结果相符！！！
即可得出结论：程序运行时间 = 绝对机器指令个数 * 晶振频率的倒数。

绝对机器指令个数是汇编指令展开后的机器指令 。

 
51单片机由一条总线构成，则不是哈佛结构，不会采用多级流水线来处理指令。【从目前这个角度来看，51单片机的内部指令运行方式不能依照《微机原理》分析，与80x86体系结构不同，内部指令编码格式，指令操作流程是不同的】
 
 
正常情况下完成一个汇编指令需要两步：取指令，执行指令。【机器周期定义为在一个操作周期内，单片机完成一项基本操作，如取指令,存储器读/写等】
 
CJNE 
R7,#06EH,?C0011需要两步完成
 
 
而INC  
R7 需要一步就可以完成
 
 
 
 
 
 

 
则完成for( j = 0; j < 110; j++);所用时间为 0.00033200秒
利用此种方式可以达到延时一秒的效果：
 
 
 

 
 
为什么郭天祥的单片机书上延时一秒的函数是
for( i = 0; i < 1000; i++)
for( j = 0; j < 110; j++);
原因是51书上定义的i和j变量类型为unsigned int。书上第四十七页讲到“因为变量类型不同，单片机运行所需时间就不同”。这可以从附录二《unsigned int》中看出定义int型变量时，汇编代码会多一些，对应的指令操作就多一些，再一展开，执行完延时函数对应的指令时间也能证明延时函数的准确性。
 
 
 
结论：程序运行时间 = 绝对机器指令个数 乘 晶振频率的倒数。

绝对机器指令个数是汇编指令展开后的机器指令 。
 
本人对于附录二里面有些指令不是很熟，目前无法解读。附录上的汇编指令在微机原理书上全部都有，感觉很对不起微机老师！还需加强学习！对于上文肯定有错误之处，希望读者之处，对于附录二的汇编指令若有兴趣，请为我解读一下。
 

 

 

 

 

Unsigned char【附录一】
 
 
?C0001:
; 
for( j = 0; j < 110; j++);
; SOURCE LINE # 10
;---- Variable 'j?041' assigned to Register 'R6' ----
CLR  
A
MOV  
R6,A
?C0004:
INC  
R6              【R6自增（j++）】
CJNE 
R6,#06EH,?C0004  

【判断跳转，若R6=110继续往下执行，若不等，跳转到?C0004（循环110次）】
?C0003:
INC  
R7
CJNE 
R7,#06EH,?C0001
; }
 
 
 

Unsigned int【附录二】
 
 
?C0001:
; 
for( j = 0; j < 110; j++);
; SOURCE LINE # 10
;---- Variable 'j?041' assigned to Register 'R4/R5' ----
CLR  
A              【清零】
MOV  
R5,A
MOV  
R4,A
?C0004:
INC  
R5
【自增1】
CJNE 
R5,#00H,?C0008  【判断跳转，若R5=0继续往下执行，若不等，跳转到?C0008】
INC  
R4
?C0008:
MOV  
A,R5
XRL  
A,#06EH

【逻辑异或指令，即相对应的二进制位不同该位异或后的结果是1，相同则为0。】

【若R5为110，则A为0】

   ORL     A,R4   【ORL或指令，若。。。。。。】
JNZ  
?C0004
?C0003:
INC  
R7
CJNE 
R7,#00H,?C0009
INC  
R6
?C0009:
MOV  
A,R7
XRL  
A,#06EH
ORL  
A,R6
JNZ  
?C0001
; }