8051 單晶片 1 秒精確延時程式原理與實現

程式碼實現

#include <reg52.h>

sbit P1_0 = P1^0;        // 定義 P1.0 腳位
void Delay(void);        // 函式宣告

void main(void) {
    while (1) {          // 無限迴圈
        P1_0 = 0;        // 輸出低電位（LED 亮）
        Delay();         // 延時 1 秒
        P1_0 = 1;        // 輸出高電位（LED 滅）
        Delay();         // 延時 1 秒
    }
}

// 12MHz 晶振下約 1 秒延時
void Delay(void) {
    unsigned char h, i, j, k;
    for (h = 5; h > 0; h--)
        for (i = 4; i > 0; i--)
            for (j = 116; j > 0; j--)
                for (k = 214; k > 0; k--); // 空指令消耗週期
}

延時原理深度解析

時脈週期定義

for 迴圈指令週期分析

Keil 仿真測量：for (h=1000; h>0; h--); 1000 次耗時 232.5 μs，單次約 0.2325 μs。

1 秒 = 1,000,000 μs，需迴圈次數 ≈ 1,000,000 / 0.2325 ≈ 4,300,000 次。

但 unsigned char 最大 255，單層迴圈不足，故採用四層巢狀：

5 * 4 * 116 * 214 = 496,480 次

接近理論值，誤差在可接受範圍內（約 0.1%）。

Keil 仿真驗證步驟

1. 在 for (h=1000; h>0; h--); 處設中斷點
2. 執行至中斷點，觀察模擬器時間
3. 計算單次迴圈耗時，反推參數

常見問題與優化

• 晶振頻率變更：須重新計算參數（如 11.0592MHz 機器週期 1.085 μs）
• 編譯器優化：開啟優化可能移除空迴圈，建議加 volatile 或使用內嵌組合語言 NOP
• 精確定時：推薦使用 Timer 0/1/2 硬體定時器，避免指令週期波動影響精度

硬體定時器替代方案（Timer 0 模式 1，16 位）

void Timer0_Init_1s(void) {
    TMOD &= 0xF0; TMOD |= 0x01; // 模式 1
    TH0 = 0x3C; TL0 = 0xB0;     // 12MHz 下 50,000 次 = 50ms
    ET0 = 1; EA = 1; TR0 = 1;   // 啟用中斷
    // 中斷服務程式計數 20 次 = 1 秒
}

硬體定時器精度高、不佔用 CPU、支援多任務，是工程實務首選。