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AVR_studio 4.1X来编辑和调试,用内嵌AVR-GCC的进行编译,并且让AVR_studio 帮你自动生成Makefile 的话,那你可以在:
Project -> Configuration Options -> Gerneral -> Frequency     如下图:

avr-gcc中关于delay延时函数的应用修改版[ourdev]
写下你的F_CPU的值,F_CPU这个值表示你的AVR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AVR_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 768 uS
8MHz时:  MAX_DELAY_TIME (1/8000000)*3*256 0.000096 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 262.1 mS
8MHz时:  MAX_DELAY_TIME (1/8000000)*4*65535 0.03277 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AVR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AVR_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。

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