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：

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 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。