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標題: 第4章 C語言基礎以及流水燈的實現4.7 4.8 4.9 [打印本頁]
作者: 卓然塵世間    時間: 2026-3-24 10:53
標題: 第4章 C語言基礎以及流水燈的實現4.7 4.8 4.9

4.7   Keil軟件延時
C語言常用的延時方法，有如圖4-2所示4種。
圖4-2  C語言延時方法
這4種延時方法，其中兩種非精確延時，兩種精確一些的延時。for語句和while語句都可以通過改變i的范圍值來改變延時時間，但是循環的執行時間都是不能通過程序看出來的。
精確延時有兩個方法，一個方法是用定時器來延時，這個方法后邊課程要詳細介紹，定時器是單片機的一個重點。另外一個就是用庫函數_nop_();，一個NOP的時間是一個機器周期的時間。
非精確延時，只是在做一些比如小燈閃爍，流水燈等簡單演示實驗中使用，而實際項目開發過程中其實這種非精確延時用的很少。
前面講LED小燈閃爍的程序采用的延時方式是for(i=0;i<30000;i++);如果把這里的i改成100，下載進入單片機，會發現小燈一直亮，而不是閃爍狀態，現在就可以實驗一下，改成100，然后下載觀察一下現象。
人的肉眼對閃爍的光線有一個最低分辨能力，通常情況下當閃爍的頻率高于50Hz時，看到的信號就是常亮的。即，延時的時間低于20ms的時候，肉眼是分辨不出來小燈是在閃爍的，可能最多看到的是小燈亮暗稍微變化了一下。要想清楚的看到小燈閃爍，延時的值必須大一點，大到什么程度呢，不同的亮度的燈不完全一樣，可以做實驗驗證。
那么如何觀察寫的延時到底有多長時間呢？選擇Keil菜單項Project-->Options for Target ‘Target1’...，進入工程選項，如圖4-3所示。

圖4-3  工程選項——時鐘頻率設置
打開Target這個選項卡，找到里邊的Xtal(MHz)這個位置，這是填寫進行模擬時間的晶振選項，從原理圖以及板子上都可以看到，單片機所使用的晶振是11.0592MHz，所以這個地方填上11.0592。然后找到Debug這個選項卡，選擇左側的Use Simulator，然后點擊最下邊的OK就可以了，如圖4-4所示。

圖4-4  工程選項——仿真設置
選擇菜單項Debug-->Start/Stop Debug Session，或者點擊圖4-5中紅框內的按鈕，就會進入一個新的頁面，如圖4-6所示。

圖4-5   啟動/結束調試按鈕

圖4-6  工程調試界面
最左側那一欄顯示單片機一些寄存器的當前值和系統信息，最上邊那一欄是Keil將C語言轉換成匯編的代碼，下邊就是寫C語言的程序，調試界面包含很多的子窗口，都可以通過菜單View中的選項打開和關閉。可能會感覺這種默認的分布不符合習慣或者不方便觀察特定信息，界面上幾乎所有子窗口的位置都可以調整的。比如想把Disassembly反匯編窗口和源代碼窗口橫向并排擺放，那么只需要用鼠標拖動反匯編窗口的標題欄，這時會在屏幕上出現多個指示目標位置的圖標，拖著窗口把鼠標移動到相應的圖標上，軟件還會用藍色底紋指示具體的位置，如圖4-7所示，松開鼠標窗口就會放到新位置了。調整后的效果如圖4-8所示。

圖4-7  調整窗口位置

圖4-8  窗口位置調整效果
C語言的源代碼文件和反匯編窗口內都有一個黃色的箭頭，這個箭頭代表的就是程序當前運行的位置，因為反匯編內的代碼就由源文件編譯生成的，所以它們指示的是相同的實際位置。在這個工程調試界面里，可以看到程序運行的過程。在左上角的工具欄里有這樣三個按鈕：第一個標注有RST字樣的是復位，點擊一下之后，程序就會跑到最開始的位置；右側緊挨著的按鈕是全速運行，點擊一下程序就會全速跑起來；再右邊打叉的是停止按鈕，當程序全速運行起來后，可以通過點擊第三個圖標來讓程序停止，觀察程序運行到哪里了。點擊一下復位后，會發現C語言程序左側有灰色或綠色，有的地方還是保持原來的白色，可以在灰色的位置雙擊鼠標設置斷點，就是比如程序一共20行，在第十行設置斷點后，點全速運行，程序就會運行到第十行停止，方便用戶觀察運行到這個位置的情況。
有的位置可以設置斷點，有的地方不可以設置斷點，這是為什么呢？因為Keil軟件本身具備程序優化的功能，如果想在所有的代碼位置都能設置斷點，可以在工程選項里把優化等級設置為0，就是設置Keil不進行優化。如圖4-9所示。

圖4-9  工程優化等級
這節課重點是看看C語言代碼的運行時間，在最左側的register那個框內，有一個sec選項，這個選項顯示就是單片機運行了多少時間。單擊一下復位按鈕，會發現這個sec變成了0，然后在LED = 0;這一句加一個斷點，在LED = 1;這個位置加一個斷點，點擊全速運行按鈕，會直接停留在LED = 0;會看到時間變為0.00042752秒，如圖4-10所示。請注意，這里設置的優化等級是默認的8，如果用的是其它等級的話運行時間就會有所差別，因為優化等級會直接影響程序的執行效率。

圖4-10  查看程序運行時間
再點一下全速運行，會發現sec變成了0.16342556，那么減去上次的值，就是程序在這兩個斷點之間執行所經歷的時間，也就是這個for循環的執行時間，大概是163ms。也可以通過改變30000這個數字來改變這個延時時間。當然了，要注意i的取值范圍，你如果寫成了大于65535的值以后，程序就一直運行不下去了，因為i無論如何變化，都不會大于這個值，如果要大于這個值且正常運行，必須改變i定義的類型了。后邊如果要查看一段程序運行了多長時間，都可以通過這種方式來查看。
實際上，進入debug模式，除了可以看程序運行了多長時間外，還可以觀察各個寄存器、各個變量的數值變化情況。點擊View菜單里的Watch Windows-->Watch 1，可以打開變量觀察窗口，如圖4-11所示。

圖4-11  變量觀察窗口
在這個窗口內，可以通過雙擊或按F2鍵，然后輸入想觀察的變量或寄存器的名字，后邊就會顯示出它的數值，這個功能在后邊的調試程序中比較有用，先了解一下。
4.8  流水燈程序
前面學了點亮一個LED小燈，然后又學了LED小燈閃爍，現在要進一步學習如何讓8個小燈依次一個接一個的點亮，流動起來，也就是常說的流水燈。先來看8個LED的核心電路圖，如圖4-12。

圖4-12  LED小燈電路圖
通過前面的課程可以了解到一個字節是8位，如果寫一個P0，就代表了P0.7到P0.0的全部8個位。比如寫P0 = 0xFE；轉換成二進制就是0b11111110，所以點亮LED2小燈的程序，實際上可以改成另外一種寫法，如下所示。
#include <reg52.h>
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
void main()
{
    ENLED = 0;
    ADDR3 = 1;
    ADDR2 = 1;
    ADDR1 = 1;
    ADDR0 = 0;
    P0 = 0xFE;    //向P0寫入數據來控制LED小燈
    while (1);    //程序停止在這里
}
上邊這個程序可以看出來，通過P0可以直接控制所有的8個LED小燈的亮和滅。下邊要進行依次亮和滅，怎么辦呢？如果想讓單片機流水燈流動起來，依次要賦給P0的數值就是：0xFE、0xFD、0xFB、0xF7、0xEF、0xDF、0xBF、0x7F。
在C語言當中，有一個移位操作，其中<<代表的是左移，>>代表的是右移。比如a = 0x01<<1;就是a的結果等于0x01左移一位。請注意，移位都是指二進制移位，那么移位完了，本來在第0位的1移動到了第1位上，移動完了低位是補0的，所以a的值最終是等于0x02。
另外一個運算符~，這個符號是按位取反的意思，同理按位取反也是針對二進制而言。比如a = ~(0x01); 0x01的二進制是0b00000001，按位取反后就是0b11111110，那么a的值就是0xFE了。
學會了這兩個符號后，就可以把流水燈的程序寫出來，先把程序貼上。
#include <reg52.h>
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
void main()
{
    unsigned int i = 0;     //定義循環變量i，用于軟件延時
    unsigned char cnt = 0;  //定義計數變量cnt，用于移位控制
    ENLED = 0;
    ADDR3 = 1;
    ADDR2 = 1;
    ADDR1 = 1;
    ADDR0 = 0;
    while (1)  //主循環，程序無限循環執行該循環體語句
    {
        P0 = ~(0x01 << cnt);       //P0等于1左移cnt位，控制8個LED
        for (i=0; i<20000; i++);  //軟件延時
        cnt++;                       //移位計數變量自加1
        if (cnt >= 8)              //移位計數超過7后，再重新從0開始
        {
            cnt = 0;
        }
    }
}
程序中cnt是count的縮寫，計數的意思，是一個常用的變量名稱。當cnt等于0的時候，1左移0位還是1，那么寫成二進制后就是0b00000001，對這個數字按位取反就是0b11111110，亮的是最右邊的小燈。當cnt等于7的時候，1左移7位就是0b10000000，按位取反后是0b01111111，亮的是最左邊的小燈，中間過程可以自己分析一下了。
4.9  練習題
1、熟練掌握二進制、十進制和十六進制的轉換方法。
2、掌握C語言變量類型與取值范圍，for、while等基本語句的用法。
3、了解函數的基本結構，能夠獨立進入程序Debug，多多動手操作，熟練Keil軟件環境的一些基本操作。
4、將流水燈左移理解透徹后，獨立完成流水燈右移操作。
5、獨立完成一個左移到頭接著右移，右移到頭再左移的花樣流水燈程序。

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