微機原理與應用：第4章 單片機程序設(shè)計

概述 簡單程序設(shè)計 分支程序設(shè)計 循環(huán)程序設(shè)計 查表程序 子程序設(shè)計 實用匯編子程序舉例 第4章

單片機程序設(shè)計1

4.1MCS51單片機匯編語言與指令格式

4.1.1

單片機的匯編語言由于構(gòu)成計算機的電子器件特性所決定,計算機只能識別二進制代碼。這種以二進制代碼來描述指令功能的語言,稱之為機器語言,用機器語言組成的程序,稱為目標程序。計算機就是按照機器語言的指令來完成各種功能操作的,它具有程序簡捷、占用存儲空間小、執(zhí)行速度快、控制功能強等特點。24.1.2

指令格式MCS—51單片機匯編語言指令的標準格式如下:［標號:］操作碼［目的操作數(shù)］［,源操作數(shù)］［;注釋］例如:LOOP:ADDA,＃10H;(A)←(A)+10H(1)方括號［］表示該項是可選項,可有可無。(2)標號是用戶設(shè)定的符號,它實際代表該指令所在的地址。標號必須以字母開頭,其后跟1～8個字母或數(shù)字,并以“:”結(jié)尾。3(3)操作碼是用英文縮寫的指令功能助記符。它確定了本條指令完成什么樣的操作功能。如:ADD表示加法操作。任何一條指令都必須有該助記符項,不得省略。

(4)目的操作數(shù)提供操作的對象,并指出一個目標地址,表示操作結(jié)果存放單元的地址,它與操作碼之間必須以一個或幾個空格分隔。如上例中A表示操作對象是累加器A的內(nèi)容,并指出操作結(jié)果又回送A存放。4(5)源操作數(shù)指出的是一個源地址（或立即數(shù)）,表示操作的對象或操作數(shù)來自何處。它與目的操作數(shù)之間要用“,”號隔開。(6)注釋部分是在編寫程序時,為了增加程序的可讀性,由用戶擬寫對該條指令或該段程序功能的說明。它以分號“；”開頭,可以用中文、英文或某些符號來表示,顯然它不存入計算機,只出現(xiàn)在源程序中。5匯編方法手工匯編：先寫出源程序，再逐條查表，以得出機器碼。PC機匯編：機器匯編，在PC機上完成對MCS-51源程序（.asm）的編譯，得出機器碼（.obj/.HEX）等。自動編排目標程序中的指令存放地址;把源程序翻譯成機器碼;分析源程序語法,若出錯,給出錯誤信息;輸出目標程序（.obj）。6單片機匯編語言程序設(shè)計的基本步驟如下：

(1)題意分析。熟悉并了解匯編語言指令的基本格式和主要特點，明確被控對象對軟件的要求，設(shè)計出算法等。

(2)畫出程序流程圖。編寫較復雜的程序，畫出程序流程圖是十分必要的。程序流程圖也稱為程序框圖，是根據(jù)控制流程設(shè)計的，它可以使程序清晰，結(jié)構(gòu)合理，便于調(diào)試。7

(3)分配內(nèi)存工作區(qū)及有關(guān)端口地址。分配內(nèi)存工作區(qū)，要根據(jù)程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、暫存區(qū)、堆棧區(qū)等預計所占空間大小，對片內(nèi)外存儲區(qū)進行合理分配并確定每個區(qū)域的首地址，便于編程使用。

(4)編制匯編源程序。

(5)仿真、調(diào)試程序。

(6)固化程序。84.3簡單程序設(shè)計

簡單程序也就是順序程序，它是最簡單、最基本的程序結(jié)構(gòu)，其特點是按指令的排列順序一條條地執(zhí)行，直到全部指令執(zhí)行完畢為止。不管多么復雜的程序，總是由若干順序程序段所組成的。本節(jié)通過實例介紹簡單程序的設(shè)計方法。例14字節(jié)（雙字）加法。將內(nèi)部RAM30H開始的4個單元中存放的4字節(jié)十六進制數(shù)和內(nèi)部RAM40H單元開始的4個單元中存放的4字節(jié)十六進制數(shù)相加，結(jié)果存放到40H開始的單元中。9

(1)題意分析。題目的要求如圖4.5所示。10

ORG 0000H MOV A,30H ADD A,40H MOV 40H,A ；最低字節(jié)加法并送結(jié)果

MOV A,31H ADDC A,41H MOV 41H,A ；第二字節(jié)加法并送結(jié)果(2)匯編語言源程序。按照雙字節(jié)加法的思路，實現(xiàn)4字節(jié)加法的源程序如下：11

MOV A,32H ADDCA,42H MOV 42H,A ；第三字節(jié)加法并送結(jié)果

MOV A,33H ADDC A,43H MOV 43H,A ；第四字節(jié)加法并送結(jié)果，進位位在CY中

END12例2：將兩個半字節(jié)數(shù)合并成一個一字節(jié)數(shù)。內(nèi)部RAM40H、41H單元中分別存放著8位二進制數(shù),要求取出兩個單元中的低半字節(jié),并成一個字節(jié)后,存入50H單元中。程序如下:START:MOVR1,＃40H;設(shè)置R1為數(shù)據(jù)指針

MOVA,@R1;取出第一個單元中的內(nèi)容

ANLA,＃0FH;取第一個數(shù)的低半字節(jié)

SWAPA ;移至高半字節(jié)

INC

R1;

修改數(shù)據(jù)指針

XCHA,@R1 ;取第二個單元中的內(nèi)容

ANLA,＃0FH;取第二個數(shù)的低半字節(jié)

ORLA,@R1 ;拼字

MOV50H,A ;存放結(jié)果

END

134.3.2

分支程序設(shè)計圖4.1分支結(jié)構(gòu)框圖(a)單分支流程;(b)多分支流程14例3:x,y均為8位二進制數(shù),設(shè)x存入R0,y存入R1,求解:

15程序如下:START:CJNER0,＃00H,SUL1;R0中的數(shù)與00比較不等轉(zhuǎn)移MOVR1,＃00H;相等,R1←0SJMPSUL2

SUL1:

JC

NEG;兩數(shù)不等,若（R0）<0,轉(zhuǎn)向NEGMOVR1,＃01H;（R0）>0,則R1←01HSJMPSUL2

NEG:MOVR1,＃0FFH;（R0）<0,則R1←0FFHSUL2:SJMP$END16例4:

比較兩個無符號數(shù)的大小。設(shè)外部

RAM的存儲單元ST1和ST2中存放兩個不帶符號的二進制數(shù),找出其中的大數(shù)存入外部

RAM中的ST3單元中。17程序如下：

ORG1000HST1EQU2000HST2EQU2100HST3EQU2200HSTART:MOVDPTR,＃ST1;第一個數(shù)的指針

MOVXA,@DPTR;取第一個數(shù)

MOVR2,A;保存

MOVDPTR,＃ST2;第二個數(shù)的指針

MOVXA,@DPTR;取第二個數(shù)

CLRC

SUBBA,R2;兩數(shù)比較

JNCBIG1;若第二個數(shù)大,則轉(zhuǎn)

XCHA,R2;第一個數(shù)大BIG0:MOVDPTR,＃ST3MOVX@DPTR,A;存大數(shù)

RETBIG1:MOVXA,@DPTR;第二個數(shù)大

SJMPBIG0RET

18是指程序中有多個條件，在這種情況下，先把分支程序編上序號，按照序號進行轉(zhuǎn)移。設(shè)最大序號為N，則分支轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)如圖所示。實現(xiàn)多分支程序轉(zhuǎn)移的方法有多種。

多分支程序19圖符號函數(shù)流程圖存結(jié)果結(jié)束YA←+1YA←X開始N(A)=0?N(A)>0?A←-1

1當X>0時

Y=0當X=0時

-1當X<0時(1)使用條件轉(zhuǎn)移指令，通過逐次比較，實現(xiàn)多分支程序轉(zhuǎn)移。符號函數(shù)設(shè)X存放在內(nèi)部RAM的35H單元中，結(jié)果存入36H單元.20ORG2000HSTART：MOV A,35H ；A←X JZ LP2 ；X=0轉(zhuǎn)移

JNBACC.7,LP1；X>0轉(zhuǎn)移

MOVA,#0FFH；X<0則Y=-1 SJMPLP2LP1：MOVA,#01；X>0則Y=1LP2：MOV36H,A；36H←YEND21

三分支程序設(shè)計例5

兩個有符號數(shù)比較（三分支程序）。內(nèi)部RAM的20H單元和30H單元各存放了一個8位有符號數(shù)，請比較這兩個數(shù)的大小：若(20H)=(30H)，則P1.0管腳連接的LED發(fā)光；若(20H)>(30H)，則P1.1管腳連接的LED發(fā)光；若(20H)<(30H)，則P1.2管腳連接的LED發(fā)光。22

(1)題意分析。有符號數(shù)在計算機中的表示方式與無符號數(shù)是不相同的：正數(shù)以原碼形式表示，負數(shù)以補碼形式表示，8位二進制數(shù)的補碼所能表示的數(shù)值范圍為+127~-128。

計算機本身無法區(qū)分一串二進制碼組成的數(shù)字是有符號數(shù)或無符號數(shù)，也無法區(qū)分它是程序指令還是一個數(shù)據(jù)。編程員必須對程序中出現(xiàn)的每一個數(shù)據(jù)的含義非常清楚，并按此選擇相應的操作。例如，數(shù)據(jù)FEH看作無符號數(shù)其值為254，看作有符號數(shù)為-2。23比較兩個有符號數(shù)X和Y大小要比無符號數(shù)麻煩得多。這里提供一種比較思路：先判別兩個有符號數(shù)X和Y的符號，如果X、Y兩數(shù)符號相反，則非負數(shù)大；如果X、Y兩數(shù)符號相同，將兩數(shù)相減，然后根據(jù)借位標志CY進行判斷。這一比較過程如圖所示。

24圖

比較兩個有符號數(shù)X、Y的流程圖25

ORG0000HXDATA 20HYDATA 30H MOVA,X

XRLA,Y ；（X）與（Y）進行異或操作

JB ACC.7,NEXT；二數(shù)符號不同，轉(zhuǎn)NEXT1

MOVA,X CJNEA,Y,NEQUAL；（X）<>（Y）,轉(zhuǎn)NEQUAL

CLRP1.0；(X）=（Y），點亮P1.0的LED

SJMPFINISH

NEQUAL:JCL2

；（X）<（Y），轉(zhuǎn)移到L2

SJMPL1

；否則，（X）>（Y），轉(zhuǎn)到L1

NEXT:MOVA,X

JNBACC.7,L1

；判斷（X）的最高位D7，以確定其正負

L2:CLRP1.2

；（X）<（Y），點亮P1.2連接的LED

SJMPFINISH

L1:CLRP1.1

；（X）>（Y），點亮P1.1連接的LED

FINISH:SJMP$ END26例6

有200個學生的成績放在外部RAM起始地址為ENGLISH的單元中，統(tǒng)計95－100和90－94的學生個數(shù)并放在內(nèi)部RAM的GRADA和GRADB中。

27

ORG0600HENGLISHXDATA1000HGRADADATA20HGRADBDATA21HMOVGRADA,#00HMOVGRADB,#00HMOVR2,#0C8HMOVDPTR,#ENGLISHLOOP:MOVXA,@DPTRCJNEA,#5FH,LOOP1LOOP1:JNCNEXTACJNEA,#5AH,LOOP2LOOP2:JCNEXTINCGRADBSJMPNEXTNEXTA:INCGRADANEXT:INCDPTRDJNZR2,LOOPSJMP$END28（2）使用變址尋址的轉(zhuǎn)移指令JMP

@A+DPTR實現(xiàn)多分支轉(zhuǎn)移。設(shè)置一個轉(zhuǎn)向各分支程序的轉(zhuǎn)移指令表，表首地址送入DPTR。根據(jù)給定條件可得序號，送入累加器A，這樣可設(shè)計出如下多分支程序。

…… RLA；序號×2 MOVDPTR,TAB；DPTR表首地址

JMP@A+DPTRTAB：AJMPROUT0；轉(zhuǎn)向分支程序0AJMPROUT1 ；轉(zhuǎn)向分支程序1

…… AJMPROUTN ；轉(zhuǎn)向分支程序N

……294.4.1

循環(huán)程序設(shè)計一、循環(huán)程序30

循環(huán)程序一般由四個主要部分組成:(1)初始化部分:為循環(huán)程序做準備,如規(guī)定循環(huán)次數(shù)、給各變量和地址指針預置初值。(2)處理部分:

為反復執(zhí)行的程序段,是循環(huán)程序的實體,也是循環(huán)程序的主體。(3)循環(huán)控制部分:

這部分的作用是修改循環(huán)變量和控制變量,并判斷循環(huán)是否結(jié)束,直到符合結(jié)束條件時,跳出循環(huán)為止。(4)結(jié)束部分:

這部分主要是對循環(huán)程序的結(jié)果進行分析、處理和存放。31例7:

工作單元清零。在應用系統(tǒng)程序設(shè)計時,有時經(jīng)常需要將存儲器中各部分地址單元作為工作單元,存放程序執(zhí)行的中間值或執(zhí)行結(jié)果,工作單元清零工作常常放在程序的初始化部分中。

設(shè)有50個工作單元,其首址為外部存儲器8000H單元,則其工作單元清零程序如下:32

CLEAR:CLRA

MOVDPTR,＃8000H;工作單元首址送指針

MOVR2,#50;置循環(huán)次數(shù)CLEAR1:MOVX@DPTR,A

INCDPTR;修改指針

DJNZR2,CLEAR1;控制循環(huán)

RET

33例8設(shè)在內(nèi)部RAM的BLOCK單元開始處有長度為LEN個的無符號數(shù)據(jù)塊,試編一個求和程序,并將和存入內(nèi)部RAM的SUM單元（設(shè)和不超過8位）。

BLOCKEQU20H

LENEQU30H

SUMEQU40HSTART:CLRA;清累加器A

MOVR2,＃LEN;數(shù)據(jù)塊長度送R2

MOVR1,＃BLOCK;數(shù)據(jù)塊首址送R1LOOP:ADDA,@R1;循環(huán)加法

INCR1;修改地址指針

DJNZR2,LOOP;修改計數(shù)器并判斷

MOVSUM,A;存和

RET

34圖

查找程序流程圖NYNR0←(R0)+1N←0FFH結(jié)束開始R0←MR1←64H(R1)-1=0?((R0))=a?N←(R0)Y

例9

查找程序。設(shè)在以M為起始地址的內(nèi)部RAM中連續(xù)存放有100個單字節(jié)數(shù)，試編一程序查找一個為a的數(shù)，找到后把其地址送N單元，若這個數(shù)不存在，則把FFH送N單元。解：使用比較指令查找，編寫成循環(huán)程序，其流程圖如圖5.9所示，程序設(shè)計如下：35

ORG 1800HSTART：MOV R0,#M MOV R1,#64HLP1：CJNE@R0,#a,LP2；比較，不相等轉(zhuǎn)移

MOV N,R0 ；找到，N←(R0) SJMPLP3LP2：INCR0DJNZ R1,LP1 ；(R1)-1=/0則轉(zhuǎn)移

MOVN,#0FFH

；未找到，N←0FFH

LP3：SJMP$END

36采用多重循環(huán)程序,即在一個循環(huán)體中又包含了其它的循環(huán)程序,這種方式是實現(xiàn)延時程序的常用方法。使用多重循環(huán)時,必須注意:(1）循環(huán)嵌套,必須層次分明,不允許產(chǎn)生內(nèi)外層循環(huán)交叉。(2）外循環(huán)可以一層層向內(nèi)循環(huán)進入,結(jié)束時由里往外一層層退出。二、多重循環(huán)37雙重循環(huán)程序設(shè)計——延時程序設(shè)計

延時程序在單片機匯編語言程序設(shè)計中使用非常廣泛，所謂延時，就是讓CPU做一些與主程序功能無關(guān)的操作（例如將一個數(shù)字逐次減1直到為0）來消耗掉CPU的時間。由于我們知道CPU執(zhí)行每條指令的準確時間，因此執(zhí)行整個延時程序的時間也可以精確計算出來。也就是說，我們可以寫出延時長度任意而且精度相當高的延時程序。38

例10

設(shè)計一個延時1s的程序，設(shè)單片機時鐘晶振頻率為fosc=6MHz。

(1)題意分析。設(shè)計延時程序的關(guān)鍵是計算延時時間。延時程序一般采用循環(huán)程序結(jié)構(gòu)編程，通過確定循環(huán)程序中的循環(huán)次數(shù)和循環(huán)程序段兩個因素來確定延時時間。

T機器=12T時鐘=166.7ns×12=2μs

指令周期是指執(zhí)行一條指令所需要的時間。由于指令匯編后有單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令，因此指令周期沒有確定值，一般為1~4個T機器。39DELAY1:MOV R3,#0FFHDEL2:MOV R4,#0FFHDEL1:NOP

DJNZ

R4,DEL1

DJNZ

R3,DEL2

經(jīng)查指令表得到：指令MOVR4,#0FFH、NOP、DJNZ的執(zhí)行時間分別為2μs、2μs和4μs。

NOP為空操作指令，其功能是取指、譯碼，然后不進行任何操作進入下一條指令，經(jīng)常用于產(chǎn)生一個機器的延遲。40

延時程序段為雙重循環(huán)，下面分別計算內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)的延時時間。內(nèi)循環(huán)：內(nèi)循環(huán)的循環(huán)次數(shù)為255（0FFH）次，循環(huán)為以下兩條指令：

NOP ；2μsDJNZ R4,DEL1 ；4μs

內(nèi)循環(huán)延時時間為：255×(2+4)=1530μs。

外循環(huán)：外循環(huán)的循環(huán)次數(shù)為255(0FFH)次，循環(huán)內(nèi)容如下：

MOV R4,#0FFH ；2μs1530us內(nèi)循環(huán) ；1530μsDJNZR3,DEL2 ；4μs41

外循環(huán)一次時間為1530μs+2μs+4μs=1536μs，循環(huán)255次，另外加上第一條指令

MOV R3,#0FFH ；2μs的循環(huán)時間2μs，因此總的循環(huán)時間為

2?μs+(1530?μs+2?μs+4?μs)×255=391682?μs≈392ms

以上是比較精確的計算方法，一般情況下，在外循環(huán)的計算中，經(jīng)常忽略比較小的時間段，例如將上面的外循環(huán)計算公式簡化為

1530μs×255=390150μs≈390ms42了解了延時時間的計算方法，本例我們使用三重循環(huán)結(jié)構(gòu)。內(nèi)循環(huán)選擇為1ms，第二層循環(huán)達到延時10ms（循環(huán)次數(shù)為10），第三層循環(huán)延時到1s（循環(huán)次數(shù)為100）。程序流程圖如圖所示。

4344DELAY： MOV R0,#100 ；延時1s的循環(huán)次數(shù)DEL2:

MOV R1,#10；延時10ms的循環(huán)次數(shù)DEL1: MOV R2,#7DH；延時1ms的循環(huán)次數(shù)DEL0: NOP NOP DJNZ R2,DEL0 DJNZ R1,DEL1 DJNZ R0,DEL2(2)匯編語言源程序段一般情況下，延時程序均是作為一個子程序段使用，不會獨立運行它，否則單純的延時沒有實際意義。45

(3)程序說明本例中，第二層循環(huán)和外循環(huán)都采用了簡化計算方法，編程關(guān)鍵是延時1ms的內(nèi)循環(huán)程序如何編制。首先確定循環(huán)程序段的內(nèi)容如下：

NOP

；2μsNOP ；2μsDJNZ

R2,DEL0

；4μs

內(nèi)循環(huán)次數(shù)設(shè)為count，計算方法如下式：（一次循環(huán)時間）×count=1ms從而得到

count=1ms/(2μs+2μs+4μs)=125=7DH46本例提供了一種延時程序的基本編制方法，若需要延時更長或更短時間，只要用同樣的方法采用更多重或更少重的循環(huán)即可。值得注意的是，延時程序的目的是白白占用CPU一段時間，此時不能做任何其它工作，就像機器在不停地空轉(zhuǎn)一樣，這是程序延時的缺點。474.4.2

查表程序設(shè)計查表程序是一種常用程序,它廣泛使用于LED顯示控制、打印機打印控制、數(shù)據(jù)補償、數(shù)值計算、轉(zhuǎn)換等功能程序中,這類程序具有簡單、執(zhí)行速度快等特點。查表法,就是預先將滿足一定精度要求的表示變量與函數(shù)值之間關(guān)系的一張表求出,然后把這張表存于單片機的程序存儲器中,這時自變量值為單元地址,相應的函數(shù)值為該地址單元中的內(nèi)容。查表,就是根據(jù)變量X在表格中查找對應的函數(shù)值Y,使Y=f(X)。48MCS-51指令系統(tǒng)中,有兩條查表指令:MOVCA,@A+PCMOVCA,@A+DPTR49

例11

在程序中定義一個0~9的平方表，利用查表指令找出累加器A=05H的平方值。

(1)題意分析。所謂表格是指在程序中定義的一串有序的常數(shù)，如平方表、字型碼表、鍵碼表等。因為程序一般都是固化在程序存儲器（通常是只讀存儲器ROM類型）中，因此可以說表格是預先定義在程序的數(shù)據(jù)區(qū)中，然后和程序一起固化在ROM中的一串常數(shù)。50查表程序的關(guān)鍵是表格的定義和如何實現(xiàn)查表。

(2)匯編語言源程序。

ORG 0000H

MOV DPTR,#TABLE；表首地址→DPTR（數(shù)據(jù)指針）

MOV A,#05 ；05→AMOVC A,@A+DPTR ；查表指令，25→A，A=19HSJMP $ ；程序暫停

TABLE: DB 0,1,4,9,16,25,36,49,64,81；定義0~9平方表

END51

(3)程序說明。從程序存儲器中讀數(shù)據(jù)時，只能先讀到累加器A中，然后再送到題目要求的地方。單片機提供了兩條專門用于查表操作的查表指令：

MOVC A,@A+DPTR ；（A+DPTR）→A MOVC A,@A+PC ；PC+1→PC,(A+PC)→ADPTR為數(shù)據(jù)指針，一般用于存放表首地址。用指令MOVCA,@A+PC 實現(xiàn)查找平方表的源程序如下：52

ORG 0000H

MOV A,#05 ；05→AADD A,#02 ；修正累加器A的值，修正值為查表指令距離表格首地址

MOVC A,@A+PC ；25→A