单片机教程三——延时程序分析 张飞实战电子

一、半导体存储器的分类

按功能可以分为只读和随机存取存储器两大类。所谓只读，从字面上理解就是只可以从里面读，不能写进去，它类似于我们的书本，发到我们手回之后，我们只能读里面的内容，不可以随意更改书本上的内容。只读存储器的英文缩写为ROM（READ ONLY MEMORY）

所谓随机存取存储器，即随时可以改写，也可以读出里面的数据，它类似于我们的黑板，我可以随时写东西上去，也可以用黑板擦擦掉重写。随机存储器的英文缩写为RAM（READ RANDOMMEMORY）这两种存储器的英文缩写一定要记牢。

注意：所谓的只读和随机存取都是指在正常工作情况下而言，也就是在使用这块存储器的时候，而不是指制造这块芯片的时候。否则，只读存储器中的数据是怎么来的呢?其实这个道理也很好理解，书本拿到我们手里是不能改了，可以当它还是原材料——白纸的时候，当然可以由印刷厂印上去了。

顺便解释一下其它几个常见的概念。

PROM，称之为可编程存储器。这就象我们的练习本，买来的时候是空白的，可以写东西上去，可一旦写上去，就擦不掉了，所以它只能用写一次，要是写错了，就报销了。

EPROM，称之为紫外线擦除的可编程只读存储器。它里面的内容写上去之后，如果觉得不满意，可以用一种特殊的方法去掉后重写，这就是用紫外线照射，紫外线就象“消字灵”，可以把字去掉，然后再重写。当然消的次数多了，也就不灵光了，所以这种芯片可以擦除的次数也是有限的——几百次吧。

FLASH，称之为闪速存储器，它和EPROM类似，写上去的东西也可以擦掉重写，但它要方便一些，不需要光照了，只要用电学方法就可以擦除，所以就方便许多，而且寿面也很长（几万到几十万次不等）。

再次强调，这里的所有的写都不是指在正常工作条件下。不管是PROM、EPROM还是FLASH ROM，它们的写都要有特殊的条件，一般我们用一种称之为“编程器”的设备来做这项工作，一旦把它装到它的工作位置，就不能随便改写了。（如有疑问，欢迎咨询张飞QQ：437521793 ）

下面我们要让灯不断地闪烁，这就有一定的实用价值了，比如可以把它当成汽车上的一个信号灯用了。怎样才能让灯不断地闪烁呢?实际上就是要灯亮一段时间，再灭一段时间，也就是说要P10不断地输出高和低电平。怎样实现这个要求呢?请考虑用下面的指令是否可行：

SETB P10

CLR P10 ……

这是不行的，有两个问题，第一，计算机执行指令的时间很快，执行完SETB P10后，灯是灭了，但在极短时间（微秒级）后，计算机又执行了CLR P10指令，灯又亮了，所以根本分辨不出灯曾灭过。第二，在执行完CLR P10后，不会再去执行SETB P10指令，所以以后再也没有机会让灭了。

　　为了解决这两个问题，我们可以做如下设想，第一，在执行完SETB P10后，延时一段时间（几秒或零点几秒）再执行第二条指令，就可以分辨出灯曾灭过了。第二在执行完第二条指令后，让计算机再去执行第一条指令，不断地在原地兜圈，我们称之为"循环"，这样就可以完成任务了。

以下先给出程序（后面括号中的数字是为了便于讲解而写的，实际不用输入）：

；主程序：

LOOP： SETB P10 　　　　；（１）

　　　　LCALLDELAY 　　；（２）

　　　　CLR P10 　　　　；（３）

　　　　LCALLDELAY 　　；（４）

　　　　AJMP LOOP 　　　；（５）

；以下子程序

DELAY： MOV R7，#250　　；（６）

D1： MOV R6，#250 　　　；（７）

D2： DJNZ R6，D2 　　　；（８）

　　DJNZ R7，D1 　　　　；（９）

　　RET 　　　　　　　　；（１０）

　　END 　　　　　　　　；（１１）

按上面的设想分析一下前面的五条指令。

　　第一条是让灯灭，第二条应当是延时，第三条是让灯亮，第四条和第二条一模一样，也是延时，第五条应当是转去执行第一条指令。第二和第四条实现的原理稍后谈，先看第五条，LJMP是一条指令，意思是转移，往什么地方转移呢?后面跟的是LOOP，看一下，什么地方还有LOOP，对了，在第一条指令的前面有一个LOOP，所以很直观地，我们可以认识到，它要转到第一条指令处。这个第一条指令前面的LOOP被称之为标号，它的用途就是给这一行起一个名字，便于使用。是否一定要给它起名叫LOOP呢?当然不是，起什么名字，完全由编程序的人决定，可以称它为A，X等等，当然，这时，第五条指令LJMP后面的名字也得跟着改了。（如有疑问，欢迎咨询张飞QQ：437521793 ）

　　第二条和第四条指令的用途是延时，它是怎样实现的呢?指令的形式是LCALL，这条指令称为调用子程序指令，看一下指令后面跟的是什么，DELAY，找一下DELAY，在第六条指令的前面，显然，这也是一个标号。这条指令的作用是这样的：当执行LCALL指令时，程序就转到LCALL后面的标号所标定的程序处执行，如果在执行指令的过程中遇到RET指令，则程序就返回到LCALL指令的下面的一条指令继续执行，从第六行开始的指令中，可以看到确实有RET指令。在执行第二条指令后，将转去执行第６条指令，而在执行完６，７，８，９条指令后将遇到第１０条令：RET，执行该条指令后，程序将回来执行第三条指令，即将P10清零，使灯亮，然后又是第四条指令，执行第四条指令就是转去执行第6，7，8，9，10条指令，然后回来执行第5条指令，第5条指令就是让程序回到第1条开始执行，如此周而复始，灯就在不断地亮、灭了。

　　在标号DELAY标志的这一行到RET这一行中的所有程序，这是一段延时程序，大概延时零点几秒，至于具体的时间，以后我们再学习如何计算。 程序的最后一行是END，这不是一条指令，它只是告诉我们程序到此结束，它被称为"伪指令"。（如有疑问，欢迎咨询张飞QQ：437521793 ）

单片机内部结构分析：为了知道延时程序是如何工作的，我们必需首先了解延时程序中出现的一些符号，就从R1开始，R1被称之为工作寄存器。什么是工作寄存器呢?让我们从现实生活中来找找答案。如果出一道数学题：123+567，让你回答结果是多少，你会马上答出是690，再看下面一道题：123+567+562，要让你要上回答，就不这么容易了吧?我们会怎样做呢?如果有张纸，就容易了，我们先算出123+567=690，把690写在纸上，然后再算690+562得到结果是1552。这其中1552是我们想要的结果，而690并非我们所要的结果，但是为了得到最终结果，我们又不得不先算出690，并记下来，这其实是一个中间结果，计算机中做运算和这个类似，为了要得到最终结果，往往要做很多步的中间结果，这些中间结果要有个地方放才行，把它们放哪呢?放在前面提到过的ROM中可以吗?显然不行，因为计算机要将结果写进去，而ROM是不可以写的，所以在单片机中另有一个区域称为RAM区（RAM是随机存取存储器的英文缩写），它可以将数据写进去。　特别地，在MCS-51单片机中，将RAM中分出一块区域，称为工作寄存器区。（如有疑问，欢迎咨询张飞QQ：437521793 ）

我们已经知道，程序中的符号R7、R6是代表了一个个的RAM单元，是用来放一些数据的，下面我们再来看一下其它符号的含义。

MOV：这是一条指令，意思是传递数据。说到传递，我们都很清楚，传东西要从一个人的手上传到另一个人的手上，也就是说要有一个接受者，一个传递者和一样东西。从指令MOV R7，#250中来分析，R7是一个接受者，250是被传递的数，传递者在这条指令中被省略了（注意：并不是每一条传递指令都会省的，事实上大部份数据传递指令都会有传递者）。它的意义也很明显：将数据250送到R7中去，因此执行完这条指令后，R7单元中的值就应当是250。在250前面有个#号，这又是什么意思呢?这个#就是用来说明250就是一个被传递的东西本身，而不是传递者。那么MOV R6，#250是什么意思，应当不用分析了吧。

DJNZ：这是另一条指令，我们来看一下这条指令后面跟着的两个东西，一个是R6，一个是D2，R6我们当然已知是什么了，查一下D2是什么。D2在本行的前面，我们已学过，这称之为标号。标号的用途是什么呢?就是给本行起一个名字。DJNZ指令的执行过程是这样的，它将其后面的第一个参数中的值减1，然后看一下，这个值是否等于0，如果等于0，就往下执行，如果不等于0，就转移，转到什么地方去呢?可能大家已猜到了，转到第二个参数所指定的地方去（请大家用自已的话讲一下这条语句是怎样执行的）。本条指令的最终执行结果就是，在原地转圈250次。

执行完了DJNZ R6，D2之后（也就是R6的值等于0之后），就会去执行下面一行，也就是DJNZ R7，D1，请大家自行分析一下这句话执行的结果。（转去执行MOV R6，#250，同时R7中的值减1），最终DJNZ R6，D2这句话将被执行250*250=62500次，执行这么多次同一条指令干吗?就是为了延时。（如有疑问，欢迎咨询张飞QQ：437521793 ）

一个问题：如果在R6中放入0，会有什么样的结果。

二、时序分析：

前面我们介绍了延时程序，但这还不完善，因为，我们只知道DJNZ R6，D2这句话会被执行62500次，但是执行这么多次需要多长时间呢?是否满足我们的要求呢?我们还不知道，所以下面要来解决这个问题。

先提一个问题：我们学校里什么是最重要的。（铃声）校长可以出差，老师可以休息，但学校一日无铃声必定大乱。整个学校就是在铃声的统一指挥下，步调一致，统一协调地工作着。这个铃是按一定的时间安排来响的，我们可以称之为“时序??时间的顺序”。一个由人组成的单位尚且要有一定的时序，计算机当然更要有严格的时序。事实上，计算机更象一个大钟，什么时候分针动，什么时候秒针动，什么时候时针动，都有严格的规定，一点也不能乱。计算机要完成的事更复杂，所以它的时序也更复杂。

我们已知，计算机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行，我们规定：计算机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期。这是一个时间基准，好象我们人用“秒”作为我们的时间基准一样，为什么不干脆用“秒”，多好，很习惯，学下去我们就会知道用“秒”反而不习惯。

一个机器周期包括12个时钟周期。下面让我们算一下一个机器周期是多长时间吧。设一个单片机工作于12M晶振，它的时钟周期是1/12（微秒）。它的一个机器周期是12*（1/12）也就是1微秒。（请计算一个工作于6M晶振的单片机，它的机器周期是多少）。（如有疑问，欢迎咨询张飞QQ：437521793 ）

MCS-51单片机的所有指令中，有一些完成得比较快，只要一个机器周期就行了，有一些完成得比较慢，得要2个机器周期，还有两条指令要4个机器周期才行。这也不难再解，不是吗?我让你扫地的执行要完成总得比要你完成擦黑板的指令时间要长。为了恒量指令执行时间的长短，又引入一个新的概念：指令周期。所谓指令周期就是指执行一条指令的时间。INTEL对每一条指令都给出了它的指令周期数，这些数据，大部份不需要我们去记忆，但是有一些指令是需要记住的，如DJNZ指令是双周期指令。

下面让我们来计算刚才的延时。首先必须要知道晶振的频率，我们设所用晶振为12M，则一个机器周期就是1微秒。而DJNZ指令是双周期指令，所以执行一次要2个微秒。一共执行62500次，正好125000微秒，也就是125毫秒。（如有疑问，欢迎咨询张飞QQ：437521793 ）

练习：设计一个延时100毫秒的延时程序。

要点分析：1、一个单元中的数是否可以超过255。2、如何分配两个数。

三、复位电路

任何单片机在工作之前都要有个复位的过程，复位是什么意思呢?它就象是我们上课之前打的预备铃。预备铃一响，大家就自动地从操场、其它地方进入教室了，在这一段时间里，是没有老师干预的，对单片机来说，是程序还没有开始执行，是在做准备工作。显然，准备工作不需要太长的时间，复位只需要5ms的时间就可以了。如何进行复位呢?只要在单片机的RST引脚上加上高电平，就可以了，按上面所说，时间不少于5ms。为了达到这个要求，可以用很多种方法，这里提供一种供参考，。实际上，我们在上一次实验的图中已见到过了。

这种复位电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始正常工作。

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