C语言里如何编写精确的微量延时

众所周知，相比于其他编程语言，C语言在编写嵌入式编程中有着绝对的优势。但它总也有缺点的：它的时序性比较差，不容易编写精准的延时。而在编写嵌入系统驱动程序时，常常需要比较精确的软件延时，这使得C语言的“劣势”暴露了出来，一般都只能通过嵌入汇编的方式实现。例如，在1MHZ工作频率下需要延时10us，就需要嵌入10句“空操作”指令，显然在书写上比较难堪。本文提出一种简化书写的延时方案，使用带参数的宏构来造微小时间片，可以实现完全精确的软件延时，大大方便了驱动程序及软件模拟通信协议的编写。

 

说明：以下皆为ICC AVR平台下的讨论，对AVR系列所有型号的单片机皆有效。至于其他平台，可据此方案自行修改和移值。

该方案的实现方法其实很简单：

首先定义N个宏，分别调用 1 ~ N 个汇编“空操作”指令，如：

#define NOP_1 asm（“nop”） //延时一个时钟周期

#define NOP_2 NOP_1; asm（“nop”） //延时两个时钟周期

#define NOP_3 NOP_2; asm（“nop”） //延时三个时钟周期

#define NOP_4 NOP_3; asm（“nop”） //延时四个时钟周期

……

#define NOP_40 NOP_40; asm（“nop”） //延时40个时钟周期

然后利用“##”操作符，实现带参数宏的延时：

#define NOP（N） NOP_##N //延时 N个时钟周期

操作符的作用是把两个部分的内容连成一个内容。就是说，NOP（3）展开后成为NOP_3，NOP（4）展开后成为NOP_4，等等。因此，定义上述宏之后，就可通过调用NOP（N）语句实现精确软件延时。例如：

NOP（4）； //延时4个时钟周期

上述语句展开过程如下：

NOP_3 ; asm（“nop”）;

NOP_2; asm（“nop”）; asm（“nop”）;

NOP_1; asm（“nop”）; asm（“nop”）; asm（“nop”）;

asm（“nop”）; asm（“nop”）; asm（“nop”）; asm（“nop”）;

正好延时4个时钟周期

不过，上面的宏还不够完善，如果试图使用下面的语句，程序将会出现漏洞。

if（表达式）

NOP（3）;

else

NOP（4）;

这是因为NOP（N）宏展开之后，不是一个语句，而是变成N个语句。故必须用花括号括起来，程序才能运行正确。即应该改为：

if（表达式）

{

NOP（3）;

}

else

{

NOP（4）;

}

如果把NOP（N）宏的定义改为：

#define NOP（N） do{ NOP_##N ; }while（0）

则NOP（N）宏展开之后只形成一个语句，将不会出现上面的问题。

但是要注意，“##”操作符只能按照原样把两边的内容连在一起。故NOP（N）的参数必须是具体的常量，即只能是数字，并且，与该数字相对应的宏NOP_N已必须已经定义。

例如：

“NOP（3+4）;”语句展开之后，将将变成“NOP_3+4;”，出现语法错误；

又如：

“NOP（a）;”语句展开之后，将将变成“NOP_a;”，而“NOP_a;”未定义。

只有这样的语句才是正确的调用：

NOP（20）; //延时20个时钟周期

将上述方案整理成一个头文件，以后就可以任意调用了。下面是整理好的头文件：

注意：该文件不宜作长时间的延时。长时间的延时将会调用大量的“空操作”指令，占用大量的程序指令空间。这个问题将在V2.0版本中解决。