学习C51编程遇到一个令人困惑的问题

fireflying · 发表于 2024-12-27 22:56:30

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本帖最后由 fireflying 于 2024-12-28 00:07 编辑

用的开发板是STC89C52单片机。
P0.0到P0.7上面接了7个LED一字排列。

练习程序如下，程序的功能是让P0.0到P0.7上面接的8枚LED从左到右依次点亮，到了最右边之后再从右向左依次点亮，这么来回循环的流水灯效果：

void main()
{
unsigned int i = 0; //定义延时用途自加变量
unsigned char cnt = 0; //定义移位计数变量

while(1) //主循环
{
for(cnt=0;cnt<8;cnt++) //移位计数变量归零，判断移位次数是否小于等于8，计数变量自加
{
P0 = ~(0x80 >> cnt); //先点亮最左侧LED，然后依次右移
for(i=0;i<32767;i++); //延时
}
for(cnt=0;cnt<8;cnt++) //移位计数变量归零，判断移位次数是否小于等于8，计数变量自加
{
P0 = ~(0x01 << cnt); //先点亮最右侧LED，然后依次左移
for(i=0;i<32767;i++); //延时
}
}
}

其中for语句部分是个延时功能，用来调整相邻两个LED依次点亮的间隔时间。
我为了观察程序延时效果，就调整for语句中间那个条件表达式的数值，当我调整到32767的时候，觉得LED灯的流动速度还是太快了，然后我把那数值调整到32768，数值仅仅加了1，结果流动速度断崖式的变得非常慢。
我在Keil里面Debug跟踪for语句的执行时间，发现32767的时候，执行时间是178毫秒，而32768的时候是1.3秒！
变量i的数据类型是unsigned int，查找资料，unsigned int数据类型的最大值是65535，我这个并没有溢出，但是程序运行的表现有点像超过了32767之后溢出了。
然后我又试着把变量i的数据类型改为unsigned long，在那数值仍然是32767的情况下，流水灯的流动速度就明显变慢了，这下把我彻底搞晕了。

实在检查不出问题原因，反复试验也没找到原因。哪位老师能帮我分析一下这个问题的原因？

devcang · 发表于 2024-12-28 12:30:43

不妨试试这样

32768U
32768UL

等形式的

fireflying · 发表于 2024-12-28 13:42:52

devcang 发表于 2024-12-28 12:30
不妨试试这样

32768U

没看懂，U和UL啥意思？

mmxx2015 · 发表于 2024-12-28 16:39:03

本帖最后由 mmxx2015 于 2024-12-28 16:40 编辑

是超过32767后16位数据比较变成32数据比较，单次循环运行用时变长导致的，因为不带修饰的整数默认是有符号整数，16位有符号数最大只能表示32767，32768就需要扩展为32数表示。

循环比较<=32767时的编译结果：

; for(i=0;i<32767;i++); //延时
; SOURCE LINE # 27
MOV i?040,#00H
MOV i?040+01H,#00H
?C0006:
CLR C
MOV A,i?040+01H
SUBB A,#0FFH
MOV A,i?040
SUBB A,#07FH
JNC ?C0005
?C0008:
INC i?040+01H
MOV A,i?040+01H
JNZ ?C0018
INC i?040
?C0018:
SJMP ?C0006
?C0007:
; //for(i=0;i<32768;i++); //延时
; //for(i=0;i<32768U;i++); //延时
; }
; SOURCE LINE # 30
?C0005:

复制代码

循环比较>=32768时的编译结果：

; for(i=0;i<32768;i++); //延时
; SOURCE LINE # 28
MOV i?040,#00H
MOV i?040+01H,#00H
?C0006:
MOV R6,i?040
MOV R7,i?040+01H
CLR A
MOV R4,A
MOV R5,A
MOV R3,#00H
MOV R2,#080H
MOV R1,#00H
MOV R0,#00H
SETB C
LCALL ?C?SLCMP
JC ?C0005
?C0008:
INC i?040+01H
MOV A,i?040+01H
JNZ ?C0018
INC i?040
?C0018:
SJMP ?C0006
?C0007:
; //for(i=0;i<32768U;i++); //延时
; }
; SOURCE LINE # 30
?C0005:

复制代码

C?SLCMP执行的指令：

C?SLCMP:
C:0x00C3 EB MOV A,R3
C:0x00C4 9F SUBB A,R7
C:0x00C5 F5F0 MOV B(0xF0),A
C:0x00C7 EA MOV A,R2
C:0x00C8 9E SUBB A,R6
C:0x00C9 42F0 ORL B(0xF0),A
C:0x00CB E9 MOV A,R1
C:0x00CC 9D SUBB A,R5
C:0x00CD 42F0 ORL B(0xF0),A
C:0x00CF EC MOV A,R4
C:0x00D0 6480 XRL A,#P0(0x80)
C:0x00D2 C8 XCH A,R0
C:0x00D3 6480 XRL A,#P0(0x80)
C:0x00D5 98 SUBB A,R0
C:0x00D6 45F0 ORL A,B(0xF0)
C:0x00D8 22 RET

复制代码

这就好比跑1000米，一圈200米只需跑5圈就够了，如果换个操场，一圈变成500米，如果还跑5圈，用时就长很多了。

解决办法：
（1）在立即数后面加U后缀指明这是无符号整数；
（2）改成递减计数，如：

i=32768; //延时
while(--i);

复制代码

不过，无论哪种修改方法都不推荐，因为一直占用CPU时间，推荐用定时器定时。

fireflying · 发表于 2024-12-28 17:02:31

mmxx2015 发表于 2024-12-28 16:39
是超过32767后16位数据比较变成32数据比较，单次循环运行用时变长导致的，因为不带修饰的整数默认是有符号 ...

非常感谢！虽然我看不懂汇编，但是大致明白原因了。
那么，在C51编程当中，我定义数据类型时候用的unsigned没有起到控制该变量为无符号数的作用？
我知道定时器，目前是按照教程练习，如果到了正式应用的时候，我将使用定时器。

mmxx2015 · 发表于 2024-12-28 20:08:08

fireflying 发表于 2024-12-28 17:02
非常感谢！虽然我看不懂汇编，但是大致明白原因了。
那么，在C51编程当中，我定义数据类型时候用的unsign ...

当然，变量、常量是有符号还是无符号数完全由编程者控制，当不指定属性时，编译器按默认属性设置，比如定义变量时不指定位宽、整数/浮点数、有/无符号时，Keil C51按16为有符号整数处理，如：
Var1;
和
signed int Var1;
两种定义方式都是有效的，而且结果相同。
常数也有默认属性，所以，为了安全，最好在把常数定义成一个宏并末尾加属性，如：
#define C_MY_DELAY_TIME 32768U //定义为无符号整数

for(i=0;i<C_MY_DELAY_TIME;i++); //延时

xixia001 · 发表于 2024-12-28 22:08:14

我定义数据类型时候用的unsigned没有起到控制该变量为无符号数的作用？
//----------------------------------------------------------------------------------------
在不同类型的混合运算中，编译器会自动地转换数据类型，将参与运算的所有数据先转换为同一种类型，然后再进行计算。
在判断i<32768是否成立时，i 自动转换为32位

fireflying · 发表于 2024-12-28 22:34:40

xixia001 发表于 2024-12-28 22:08
我定义数据类型时候用的unsigned没有起到控制该变量为无符号数的作用？
//------------------------------- ...

在我的程序中，只有两个变量，i和cnt，我理解二者并没有进行混合运算，而是各自独立使用。而i这个变量，我在定义的时候已经明确了它是无符号数，还需要转换一下？

或者，这个意思是不是说，数据类型除了有没有符号，还有位长的不同？
编译器默认情况把unsigned int作为16位数来对待，当我赋值为32768及以上之后，编译器就把它转换为32位？
那么，赋值语句里面写成32768U的作用是啥？强制不让它转换到32位，仍然作为16位对待？

xixia001 · 发表于 2024-12-29 10:26:23

本帖最后由 xixia001 于 2024-12-29 10:40 编辑

fireflying 发表于 2024-12-28 22:34
在我的程序中，只有两个变量，i和cnt，我理解二者并没有进行混合运算，而是各自独立使用。而i这个变量， ...

在不同类型的混合运算中，编译器会自动地转换数据类型，将参与运算的所有数据先转换为同一种类型，然后再进行计算
----这句话是我从网上搜索的，这里的混合运算实际上就是运算的意思，判断 i<32767或者i<32768是否成立就是通过运算获得的。
编译后，通过比较代码大小，也能看出问题。

******将i强制转换为long型，代码量大小一样************************

*************************************************

fireflying · 发表于 2024-12-29 11:33:29

xixia001 发表于 2024-12-29 10:26
在不同类型的混合运算中，编译器会自动地转换数据类型，将参与运算的所有数据先转换为同一种类型，然后再 ...

那么，这是不是Keil编译器优化造成的结果？如果数值小，它优先使用位数较小的类型，数值大了之后，它就把数据位数加大？

xixia001 · 发表于 2024-12-29 19:02:20

fireflying 发表于 2024-12-29 11:33
那么，这是不是Keil编译器优化造成的结果？如果数值小，它优先使用位数较小的类型，数值大了之后，它就把 ...

这算不算Keil编译器的优化，我说不好，你自己研究吧。

南天音乐 · 发表于 2024-12-30 14:11:52

mmxx2015 发表于 2024-12-28 16:39
是超过32767后16位数据比较变成32数据比较，单次循环运行用时变长导致的，因为不带修饰的整数默认是有符号 ...

正解。不过对于单核裸机编程，使用定时器基本只是起到精确延时的作用，大部分人不会在使用延时的时候进入低功耗模式，也就不存在占不占用CPU时间的问题了

sz1988 · 发表于 2024-12-31 20:42:54

南天音乐发表于 2024-12-30 14:11
正解。不过对于单核裸机编程，使用定时器基本只是起到精确延时的作用，大部分人不会在使用延时的时候进入 ...

用状态机来判定延时结束与否，不可能一直死等的

fireflying · 发表于 2025-1-1 10:05:09

sz1988 发表于 2024-12-31 20:42
用状态机来判定延时结束与否，不可能一直死等的

之前练习按键去抖编程，有网友告知了使用状态机去抖动的办法，彼时只是照猫画虎抄例程实现了功能，但是具体原理并没有搞懂。
我先把按我这教程的顺序把现阶段知识点掌握吧，后续要搞懂状态机。

南天音乐 · 发表于 2025-1-2 10:13:00

sz1988 发表于 2024-12-31 20:42
用状态机来判定延时结束与否，不可能一直死等的

这个分情况吧，业务逻辑层面的可以使用状态机做异步延时，但同步延时也是有存在的必要的，比如业务逻辑嵌套较深或涉及底层设备驱动时序延时，就不宜再使用异步延时方式，要再提高MCU效率那就要上RTOS了

603599910 · 发表于 2025-1-2 11:35:26

fireflying 发表于 2025-1-1 10:05
之前练习按键去抖编程，有网友告知了使用状态机去抖动的办法，彼时只是照猫画虎抄例程实现了功能，但是具 ...

基本编程循环延时是够用的,不要一下追求复杂的.后续可以玩中断和串口打印,这个是一定要有的.

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