【81.1 節拍。】
單片機的C語言經過C編譯器后,翻譯成很多條機器指令,單片機逐條執行這些指令,每執行一條指令都是按照固定的節奏進行的,兩條指令之間是存在幾乎固定的時間間隔(實際上不是所有指令的間隔時間都絕對一致,這里方便理解暫時看作是一致),這就是節拍,每個節拍之間的時間間隔其實就是指令周期,因此,指令周期越短,節拍就越短,單片機的運算速度就越快。指令周期是由什么決定的呢?指令周期是由“心跳速度”和“心跳個數”決定的。指令周期都是由固定的N個“心跳個數”組成的,指令周期到底由多少個“心跳個數”組成?每種單片機每類指令各不一樣。我們用的51系列單片機,最短的單周期指令是由12個“心跳個數”組成,依次類推,雙周期指令由24個“心跳個數”組成,4周期指令由48個“心跳個數”組成。但是光有“心跳個數”還不夠,還必須搭配知道“心跳速度”才能最終計算出指令周期。這里的“心跳速度”就是晶振的頻率,“心跳個數”就是累計晶振的起振次數。比如,假設我們用的51單片機是12MHz(本教程實際用的是11.0592MHz),那么每個單周期的指令執行的時間是:12x(1/12000000)秒=1微秒。這個公式左邊的“12”代表“12個晶振起振的次數”,這個公式右邊的“(1/12000000)”代表晶振每起振1次所需要的單位時間。二者結合,剛好就是“心跳個數”乘以“單個心跳周期”等于指令周期,而指令周期就是節拍的時間。

圖81.1.1 單片機的晶振
【81.2 累計節拍次數產生延時時間。】
有了這個最原始的“節拍”概念,現在開始編寫一個練習程序,讓一個LED燈閃爍,閃爍的本質,就是讓一個LED燈先亮一會(“一會”就是延時),然后緊接著讓LED燈熄滅一會(“一會”就是延時),依次循環,在視覺上看到的連貫動作就是LED閃爍。這里的關鍵是如何產生這個“一會”的延時,本節教程所用的就是一個for循環來執行N條空指令,每執行一條空指令就需要消耗掉1個左右的指令周期的時間(大概1微秒左右),空指令執行的循環次數越多,產生的延時時間就越長。例子如下:

圖81.2.1 灌入式驅動8個LED
\#include "REG52.H"
sbit P0\_0=P0^0; //利用sbit和符號“^”的組合,把變量名字P0\_0與P0.0引腳關聯起來
unsigned long i; //for循環用的累計變量
//unsigned int i; //如果把for循環的變量i改成unsigned int類型,閃爍的頻率會加快。
void main()
{
while(1)
{
//第(1)步
P0\_0=0; //LED燈亮。
//第(2)步
for(i=0;i<5000;i++) //累計的循環次數越大,這里的延時就越長,“亮”持續的時間就越長。
{
; //分號代表一條空指令
}
//第(3)步
P0\_0=1; //LED燈滅。
//第(4)步
for(i=0;i<5000;i++) //累計的循環次數越大,這里的延時就越長,“滅”持續的時間就越長。
{
; //分號代表一條空指令
}
//第(5)步:這里已經觸碰到主循環while(1)的“底線”,所以接著跳轉到第(1)步繼續循環
}
}
現象分析:
理論上,每執行1條指令大概1微秒左右,但是實際上,我們看到的實驗現象,發現累計循環才5000次,按理論計算,應該產生0.005秒左右的延時才合理,但是實際上居然能產生類似0.5秒的閃爍效果,中間相差100倍!為什么?C語言跟機器指令之間是存在翻譯的“中間商”環節,一條C指令并不代表一條機器指令,往往一條C指令翻譯后產生N條機器指令,比如上面的代碼,用到for循環變量i,用的是unsigned long變量,意味著4個字節,即使一條C語言賦值指令估計可能也要消耗4條單周期指令,在加上for循環的判斷指令,和累加指令,以及跳轉指令,所以我們看到的for(i=0;i<5000;i++)并不代表是真正僅僅執行了5000個指令周期,而是有可能執行了500000條指令周期!假如我們把上述代碼中的i改成unsigned int變量(2字節),是會看到閃爍的速度明顯加快的,其中原因就是C編譯器與機器指令之間存在翻譯后的“1對N”的關系。
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- 第一節:我的價值觀
- 第二節:初學者的疑惑
- 第三節:單片機最重要的一個特性
- 第四節:平臺軟件和編譯器軟件的簡介
- 第五節:用Keil2軟件關閉,新建,打開一個工程的操作流程
- 第六節:把.c源代碼編譯成.hex機器碼的操作流程
- 第七節:本節預留
- 第八節:把.hex機器碼程序燒錄到單片機的操作流程
- 第九節:本節預留
- 第十節:程序從哪里開始,要到哪里去?
- 第十一節:一個在單片機上練習C語言的模板程序
- 第十二節:變量的定義和賦值
- 【TODO】第十三節:賦值語句的覆蓋性
- 【TODO】第十四節:二進制與字節單位,以及常用三種變量的取值范圍
- 【TODO】第十五節:二進制與十六進制
- 【TODO】第十六節:十進制與十六進制
- 【TODO】第十七節:加法運算的5種常用組合
- 【TODO】第十八節:連加、自加、自加簡寫、自加1
- 【TODO】第十九節:加法運算的溢出
- 【TODO】第二十節:隱藏中間變量為何物?
- 【TODO】第二十一節:減法運算的5種常用組合。
- 【TODO】第二十二節:連減、自減、自減簡寫、自減1
- 【TODO】第二十三節:減法溢出與假想借位
- 【TODO】第二十四節:借用unsigned long類型的中間變量可以減少溢出現象
- 【TODO】第二十五節:乘法運算中的5種常用組合
- 【TODO】第二十六節:連乘、自乘、自乘簡寫,溢出
- 【TODO】第二十七節:整除求商
- 【TODO】第二十八節:整除求余
- 【TODO】第二十九節:“先余后商”和“先商后余”提取數據某位,哪家強?
- 【TODO】第三十節:邏輯運算符的“與”運算
- 【TODO】第三十一節:邏輯運算符的“或”運算
- 【TODO】第三十二節:邏輯運算符的“異或”運算
- 【TODO】第三十三節:邏輯運算符的“按位取反”和“非”運算
- 【TODO】第三十四節:移位運算的左移
- 【TODO】第三十五節:移位運算的右移
- 【TODO】第三十六節:括號的強制功能---改變運算優先級
- 【TODO】第三十七節:單字節變量賦值給多字節變量的疑惑
- 【TODO】第三十八節:第二種解決“運算過程中意外溢出”的便捷方法
- 【TODO】第三十九節:if判斷語句以及常量變量的真假判斷
- 【TODO】第四十節:關系符的等于“==”和不等于“!=”
- 【TODO】第四十一節:關系符的大于“>”和大于等于“>=”
- 【TODO】第四十二節:關系符的小于“<”和小于等于“<=”
- 【TODO】第四十三節:關系符中的關系符:與“&&”,或“||”
- 【TODO】第四十四節:小括號改變判斷優先級
- 【TODO】第四十五節: 組合判斷if...else if...else
- 【TODO】第四十六節: 一維數組
- 【TODO】第四十七節: 二維數組
- 【TODO】第四十八節: while循環語句
- 【TODO】第四十九節: 循環語句do while和for
- 【TODO】第五十節: 循環體內的continue和break語句
- 【TODO】第五十一節: for和while的循環嵌套
- 【TODO】第五十二節: 支撐程序框架的switch語句
- 【TODO】第五十三節: 使用函數的三要素和執行順序
- 【TODO】第五十四節: 從全局變量和局部變量中感悟“棧”為何物
- 【TODO】第五十五節: 函數的作用和四種常見書寫類型
- 【TODO】第五十六節: return在函數中的作用以及四個容易被忽略的功能
- 【TODO】第五十七節: static的重要作用
- 【TODO】第五十八節: const(./book/或code)在定義數據時的作用
- 【TODO】第五十九節: 全局“一鍵替換”功能的#define
- 【TODO】第六十節: 指針在變量(./book/或常量)中的基礎知識
- 【TODO】第六十一節: 指針的中轉站作用,地址自加法,地址偏移法
- 【TODO】第六十二節: 指針,大小端,化整為零,化零為整
- 【TODO】第六十三節: 指針“化整為零”和“化零為整”的“靈活”應用
- 【TODO】第六十四節: 指針讓函數具備了多個相當于return的輸出口
- 【TODO】第六十五節: 指針作為數組在函數中的入口作用
- 【TODO】第六十六節: 指針作為數組在函數中的出口作用
- 【TODO】第六十七節: 指針作為數組在函數中既“入口”又“出口”的作用
- 【TODO】第六十八節: 為函數接口指針“定向”的const關鍵詞
- 【TODO】第六十九節: 宏函數sizeof(./book/)
- 【TODO】第七十節: “萬能數組”的結構體
- 【TODO】第七十一節: 結構體的內存和賦值
- 【TODO】第七十二節: 結構體的指針
- 【TODO】第七十三節: 結構體數據的傳輸存儲和還原
- 【TODO】第七十四節: 結構體指針在函數接口處的頻繁應用
- 【TODO】第七十五節: 指針的名義(例:一維指針操作二維數組)
- 【TODO】第七十六節: 二維數組的指針
- 【TODO】第七十七節: 指針唯一的“單向輸出”通道return
- 【TODO】第七十八節: typedef和#define和enum
- 【TODO】第七十九節: 各種變量常量的命名規范
- 【TODO】第八十節: 單片機IO口驅動LED
- 【TODO】第八十一節: 時間和速度的起源(指令周期和晶振頻率)
- 【TODO】第八十二節: Delay“阻塞”延時控制LED閃爍
- 【TODO】第八十三節: 累計主循環的“非阻塞”延時控制LED閃爍
- 【TODO】第八十四節: 中斷與中斷函數
- 【TODO】第八十五節: 定時中斷的寄存器配置
- 【TODO】第八十六節: 定時中斷的“非阻塞”延時控制LED閃爍
- 【TODO】第八十七節: 一個定時中斷產生N個軟件定時器
- 【TODO】第八十八節: 兩大核心框架理論(四區一線,switch外加定時中斷)
- 【TODO】第八十九節: 跑馬燈的三種境界
- 【TODO】第九十節: 多任務并行處理兩路跑馬燈
- 【TODO】第九十一節: 蜂鳴器的“非阻塞”驅動
- 【TODO】第九十二節: 獨立按鍵的四大要素(自鎖,消抖,非阻塞,清零式濾波)
- 【TODO】第九十三節: 獨立按鍵鼠標式的單擊與雙擊
- 【TODO】第九十四節: 兩個獨立按鍵構成的組合按鍵
- 【TODO】第九十五節: 兩個獨立按鍵的“電腦鍵盤式”組合按鍵
- 【TODO】第九十六節: 獨立按鍵“一鍵兩用”的短按與長按
- 【TODO】第九十七節: 獨立按鍵按住不松手的連續均勻觸發
- 【TODO】第九十八節: 獨立按鍵按住不松手的“先加速后勻速”的觸發
- 【TODO】第九十九節: “行列掃描式”矩陣按鍵的單個觸發(原始版)
- 【TODO】第一百節: “行列掃描式”矩陣按鍵的單個觸發(優化版)
- 【TODO】第一百零一節: 矩陣按鍵鼠標式的單擊與雙擊
- 【TODO】第一百零二節: 兩個“任意行輸入”矩陣按鍵的“有序”組合觸發
- 【TODO】第一百零三節: 兩個“任意行輸入”矩陣按鍵的“無序”組合觸發
- 【TODO】第一百零四節: 矩陣按鍵“一鍵兩用”的短按與長按
- 【TODO】第一百零五節: 矩陣按鍵按住不松手的連續均勻觸發
- 【TODO】第一百零六節: 矩陣按鍵按住不松手的“先加速后勻速”觸發
- 【TODO】第一百零七節: 開關感應器的識別與軟件濾波
- 【TODO】第一百零八節: 按鍵控制跑馬燈的啟動和暫停和停止
- 【TODO】第一百零九節: 按鍵控制跑馬燈的方向
- 【TODO】第一百一十節: 按鍵控制跑馬燈的速度
- 第一百一十一節: 工業自動化設備的開關信號的運動控制
- 【TODO】第一百一十二節: 數碼管顯示的基礎知識
- 【TODO】第一百一十三節: 動態掃描的數碼管顯示數字
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- 【TODO】第一百一十五節: 按鍵控制數碼管的秒表
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- 【TODO】第一百一十七節: 按鍵切換數碼管窗口來設置參數
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- 【TODO】第一百一十九節: 一個完整的人機界面的程序框架的脈絡
- 【TODO】第一百二十節: 按鍵切換窗口切換局部來設置參數
- 【TODO】第一百二十一節: 可調參數的數碼管倒計時
- 【TODO】第一百二十二節: 利用定時中斷做的“時分秒”數顯時鐘
- 【TODO】第一百二十三節: 一種能省去一個lock自鎖變量的按鍵驅動程序
- 【TODO】第一百二十四節: 數顯儀表盤顯示“速度、方向、計數器”的跑馬燈
- 【TODO】第一百二十五節: “雙線”的肢體接觸通信
- 【TODO】第一百二十六節: “單線”的肢體接觸通信
- 【TODO】第一百二十七節: 單片機串口接收數據的機制
- 【TODO】第一百二十八節: 接收“固定協議”的串口程序框架
- 【TODO】第一百二十九節: 接收帶“動態密匙”與“累加和”校驗數據的串口程序框架
- 【TODO】第一百三十節: 接收帶“動態密匙”與“異或”校驗數據的串口程序框架
- 【TODO】第一百三十一節: 靈活切換各種不同大小“接收內存”的串口程序框架
- 【TODO】第一百三十二節:“轉發、透傳、多種協議并存”的雙緩存串口程序框架
- 【TODO】第一百三十三節:常用的三種串口發送函數
- 【TODO】第一百三十四節:“應用層半雙工”雙機串口通訊的程序框架