單片機(jī)原理及應(yīng)用04第四章程序設(shè)計課件

4.1概述

4.2簡單程序設(shè)計

4.3分支程序設(shè)計

4.4循環(huán)程序設(shè)計

4.5查表程序

4.6子程序設(shè)計與堆棧技術(shù)

4.7實用匯編子程序舉例

04第四章

程序設(shè)計 04第四章程序設(shè)計4.1概述

單片機(jī)程序設(shè)計語言主要有三類：機(jī)器語言、匯編語言和高級語言。機(jī)器語言（MachineLanguage）是指直接用機(jī)器碼編寫程序、能夠為計算機(jī)直接執(zhí)行的機(jī)器級語言。機(jī)器碼是一串由二進(jìn)制代碼“0”和“1”組成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其執(zhí)行速度快，但是可讀性極差。機(jī)器語言一般只在簡單的開發(fā)裝置中使用，程序的設(shè)計、輸入、修改和調(diào)試都很麻煩，在實訓(xùn)1和實訓(xùn)3中直接固化或輸入的程序都是機(jī)器語言程序。4.1概述單片機(jī)程序設(shè)計語言主要

匯編語言（AssemblyLanguage）是指用指令助記符代替機(jī)器碼的編程語言。匯編語言程序結(jié)構(gòu)簡單，執(zhí)行速度快，程序易優(yōu)化，編譯后占用存儲空間小，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中最常用的程序設(shè)計語言。匯編語言的缺點是可讀性比較差，只有熟悉單片機(jī)的指令系統(tǒng)，并具有一定的程序設(shè)計經(jīng)驗，才能研制出功能復(fù)雜的應(yīng)用程序，實訓(xùn)4中的3個程序都是用匯編語言設(shè)計的。高級語言（High-LevelLanguage）是在匯編語言的基礎(chǔ)上用自然語言的語句來編寫程序，例如PL/M-51、FranklinC51、MBASIC51等，程序可讀性強(qiáng)，通用性好，適用于不熟悉單片機(jī)指令系統(tǒng)的的用戶。匯編語言（AssemblyLanguag

高級語言編寫程序的缺點是實時性不高，結(jié)構(gòu)不緊湊，編譯后占用存儲空間比較大，這一點在存儲器有限的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中沒有優(yōu)勢。目前，大多數(shù)用戶仍然使用匯編語言進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計，本章將介紹MCS-51單片機(jī)匯編語言的程序設(shè)計方法。單片機(jī)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(fù)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。高級語言編寫程序的缺點是實時性不高，結(jié)構(gòu)不(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(yù)計所占空間大小，對片內(nèi)外存儲區(qū)進(jìn)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。(3)分配內(nèi)存工作區(qū)及有關(guān)端口地址。分配內(nèi)

4.2簡單程序設(shè)計

簡單程序也就是順序程序，實訓(xùn)4中的程序1就是順序程序結(jié)構(gòu)，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(fù)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4.14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(jìn)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(jìn)制數(shù)相加，結(jié)果存放到40H開始的單元中。4.2簡單程序設(shè)計

簡單程序也就是順例4.1題意分析示意圖

(1)題意分析。題目的要求如圖所示。例4.1題意分析示意圖

(1)題意分析。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：ORG 0000H(2)匯編語言源程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(jìn)位位在CY中

ENDMOV A,32H

顯然，上面程序中，每一步加法的步驟很相似，因此我們可以采用循環(huán)的方法來編程，使得源程序更加簡潔，結(jié)構(gòu)更加緊湊。用循環(huán)方法編制的源程序見習(xí)題4.3題。例4.2

數(shù)據(jù)拼拆程序。將內(nèi)部RAM30H單元中存放的BCD碼十進(jìn)制數(shù)拆開并變成相應(yīng)的ASCII碼，分別存放到31H和32H單元中。

(1)題意分析。題目要求如圖所示。顯然，上面程序中，每一步加法的步驟很相似，因例4.2題意分析示意圖例4.2題意分析示意圖

本題中，首先必須將兩個數(shù)拆開，然后再拼裝成兩個ASCII碼。數(shù)字與ASCII碼之間的關(guān)系是：高4位為0011H，低4位即為該數(shù)字的8421碼。

(2)匯編語言源程序。 源程序如下：

ORG 0000HMOV R0,#30HMOV A,#30HXCHD A,@R0；A的低4位與30H單元的低4位交換

MOV 32H,A ；A中的數(shù)值為低位的ASCII碼本題中，首先必須將兩個數(shù)拆開，然后再拼裝MOV A,@R0SWAP A ；將高位數(shù)據(jù)換到低位

ORL A,#30H ；與30H拼裝成ASCII碼

MOV 31H,AENDMOV A,@R04.3分支程序設(shè)計

4.3.1分支程序?qū)嵗?/p>

1．兩分支程序設(shè)計例4.3

兩個無符號數(shù)比較（兩分支）。內(nèi)部RAM的20H單元和30H單元各存放了一個8位無符號數(shù)，請比較這兩個數(shù)的大小，比較結(jié)果顯示在實訓(xùn)的實驗板上：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。4.3分支程序設(shè)計4.3.1分支程序?qū)?1)題意分析。本例是典型的分支程序，根據(jù)兩個無符號數(shù)的比較結(jié)果（判斷條件），程序可以選擇兩個流向之中的某一個，分別點亮相應(yīng)的LED。比較兩個無符號數(shù)常用的方法是將兩個數(shù)相減，然后判斷有否借位CY。若CY=0，無借位，則X≥Y；若CY=1，有借位，則X<Y。程序的流程圖如圖所示。(1)題意分析。兩數(shù)比較流程圖

兩數(shù)比較流程圖

(2)匯編語言源程序。源程序如下：

XDATA20H；數(shù)據(jù)地址賦值偽指令DATAYDATA30HORG 0000HMOV A,X ；(X)→ACLR C ；CY=0 SUBB A,Y ；帶借位減法，A-(Y)-CY→A(2)匯編語言源程序。JCL1 ；CY=1，轉(zhuǎn)移到

L1 CLR P1.0 ；CY=0，(20H)≥(30H)，點亮P1.0連接的LEDSJMP FINISH；直接跳轉(zhuǎn)到結(jié)束等待

L1:CLRP1.1 ；(20H)<(30H)，點亮P1.1連接的LEDFINISH: SJMP $ END(3)執(zhí)行結(jié)果。執(zhí)行該程序之前，利用單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)先往內(nèi)部RAM的20H和30H單元存放兩個無符號數(shù)(可以任意設(shè)定)，執(zhí)行后觀察點亮的LED是否和存放的數(shù)據(jù)大小相一致。JCL1 ；CY=12.三分支程序設(shè)計例4.4

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，比較結(jié)果顯示在實訓(xùn)實驗板上：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。2.三分支程序設(shè)計(1)題意分析。有符號數(shù)在計算機(jī)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(fù)數(shù)以補(bǔ)碼形式表示，8位二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼所能表示的數(shù)值范圍為+127~-128。

計算機(jī)本身無法區(qū)分一串二進(jìn)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(yīng)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。(1)題意分析。

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(fù)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(biāo)志CY進(jìn)行判斷。這一比較過程如圖所示。

比較兩個有符號數(shù)X和Y大小要比無符號數(shù)麻煩得

比較兩個有符號數(shù)X、Y的流程圖比較兩個有符號數(shù)X、Y的流程圖(2)匯編語言源程序。源程序如下：

X DATA20H Y DATA30H ORG0000H MOV A,X XRL A,Y ；(X)與(Y)進(jìn)行異或操作

JB ACC.7,NEXT1 ；累加器A的第7位為1，兩數(shù)符號不同，轉(zhuǎn)移到NEXT1 MOVA,X CJNE A,Y,NEQUAL ；(X)≠(Y)，轉(zhuǎn)移到

NEQUAL(2)匯編語言源程序。CLR P1.0 ；(X)=(Y)，點亮P1.0連接的LEDSJMPFINISHNEQUAL: JCXXY；(X)<(Y)，轉(zhuǎn)移到XXYSJMPXDY ；否則，(X)>(Y)，轉(zhuǎn)移到XDYNEXT1: MOV A,XJNB ACC.7,XDY ；判斷(X)的最高位D7，以確定其正負(fù)

CLR P1.0 XXY：CLRP1.2 ；(X)<(Y)，點亮P1.2連接的LEDSJMPFINISHXDY:CLRP1.1 ；(X)>(Y)，點亮P1.1連接的LEDFINISH: SJMP $ END(3)程序說明。

①判斷兩個有符號數(shù)符號異同的方法。本例中使用邏輯異或指令，將(X)與(Y)進(jìn)行異或操作，那么，(X)的符號位(X)7與(Y)的符號位(Y)7異或的結(jié)果如下：XXY：CLRP1.2 ；(X)<(Y)，

若(X)7與(Y)7相同，則(X)7(Y)7＝0；若(X)7與(Y)7不相同，則(X)7(Y)7＝1。本例中，(X)與(Y)的異或結(jié)果存放在累加器A中，因此判斷ACC.7是否為零即可知道兩個數(shù)的符號相同與否。

②比較兩個有符號數(shù)的其它方法。除了本例中使用的比較兩個有符號數(shù)的方法之外，我們還可以利用溢出標(biāo)志OV的狀態(tài)來判斷兩個有符號數(shù)的大小。具體算法如下：若X-Y為正數(shù)，則OV=0時X>Y；OV=1時X<Y。若X-Y為負(fù)數(shù)，則OV=0時X<Y；OV=1時X>Y。采用這種比較方式的匯編語言源程序自己編寫。若(X)7與(Y)7相同，則(X)7(Y)

3.散轉(zhuǎn)程序散轉(zhuǎn)程序是指經(jīng)過某個條件判斷之后，程序有多個流向（三個以上）。在后面的鍵盤接口程序設(shè)計中經(jīng)常會用到散轉(zhuǎn)功能——根據(jù)不同的鍵碼跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序段。例4.5在實訓(xùn)4程序2的基礎(chǔ)之上，先設(shè)計兩個開關(guān)，使CPU可以察知兩個開關(guān)組合出的4種不同狀態(tài)。然后對應(yīng)每種狀態(tài)，使8個LED顯示出不同的亮滅模式。

(1)硬件設(shè)計。在實訓(xùn)1的電路中，我們使用單片機(jī)的并行口P1的輸出功能來控制8個LED的顯示。現(xiàn)在我們使用其P3口的輸入功能來設(shè)計兩個輸入開關(guān)，硬件原理圖如圖所示。3.散轉(zhuǎn)程序例4.5硬件原理圖

例4.5硬件原理圖

如圖4.9所示，當(dāng)開關(guān)S0接通2時，P3.4管腳接地，P3.4=0；當(dāng)S0接通1時，P3.4接+5V，P3.4=1。同樣，當(dāng)開關(guān)S1接通2時，P3.5管腳接地，P3.5=0；當(dāng)S1接通1時，P3.5接+5V，P3.5=1。假設(shè)要求P3口的開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)的P1口的8個LED的顯示方式如下：

P3.5 P3.4 顯示方式

0 0 全亮

0 1 交叉亮

1 0 低4位連接的燈亮，高4位滅

1 1 低4位連接的燈滅，高4位亮如圖4.9所示，當(dāng)開關(guān)S0接通2時，P3.4(2)軟件設(shè)計。

①程序設(shè)計思想。散轉(zhuǎn)程序的特點是利用散轉(zhuǎn)指令實現(xiàn)向各分支程序的轉(zhuǎn)移，程序流程圖如圖4.10所示。(2)軟件設(shè)計。散轉(zhuǎn)程序流程圖散轉(zhuǎn)程序流程圖②匯編語言源程序。

ORG 0000H MOV P3,#00110000B；使P3口鎖存器相應(yīng)位置位

MOV A,P3 ；讀P3口相應(yīng)引腳線信號

ANL A,#00110000B；“邏輯與”操作，屏蔽掉無關(guān)位

SWAP A；將相應(yīng)位移位到低位

RL A；循環(huán)左移一位，A*2→A MOV DPTR,#TABLE；轉(zhuǎn)移指令表的基地址送數(shù)據(jù)指針DPTR JMP @A+DPTR；散轉(zhuǎn)指令②匯編語言源程序。ONE:MOVP1,#00H ；第一種顯示方式，S0接地，S1接地

SJMP$TWO:MOVP1,#55H；第二種顯示方式，S0接+5V，S1接地 SJMP$THREE:MOVP1,#0FH；第三種顯示方式，S0接地，S1接+5V SJMP$FOUR:MOV P1,#0F0H ；第四種顯示方式，S0接+5V，S1接地

SJMP$ONE:MOVP1,#00H ；第一種顯示TABLE: AJMP ONE ；轉(zhuǎn)移指令表

AJMP TWO AJMP THREE AJMP FOUR END(3)程序說明。

①讀P3口的管腳狀態(tài)。MCS-51的4個I/O端口共有三種操作方式：輸出數(shù)據(jù)方式，讀端口數(shù)據(jù)方式和讀端口引腳方式。TABLE: AJMP ONE ；轉(zhuǎn)移指令表

輸出數(shù)據(jù)方式舉例：

MOVP1,#00H ；輸出數(shù)據(jù)00H→P1端口鎖存器→P1引腳讀端口數(shù)據(jù)方式舉例：

MOVA,P3 ；A←P3端口鎖存器讀端口引腳方式舉例：

MOVP3,#0FFH ；P3口端口鎖存器各位置1MOVA,P3 ；A←P3端口引腳狀態(tài)注意：讀引腳方式必須連續(xù)使用兩條指令，首先必須使欲讀的端口引腳所對應(yīng)的鎖存器置位，然后再讀引腳狀態(tài)。輸出數(shù)據(jù)方式舉例：②散轉(zhuǎn)指令JMP@A+DPTR。散轉(zhuǎn)指令是單片機(jī)指令系統(tǒng)中專為散轉(zhuǎn)操作提供的無條件轉(zhuǎn)移指令，指令格式如下：

JMP @A+DPTR ；PC←DPTR+A

一般情況下，數(shù)據(jù)指針DPTR固定，根據(jù)累加器A的內(nèi)容，程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的分支程序中去。本例采用最常用的轉(zhuǎn)移指令表法，就是先用無條件轉(zhuǎn)移指令按一定的順序組成一個轉(zhuǎn)移表，再將轉(zhuǎn)移表首地址裝入數(shù)據(jù)指針DPTR中，然后將控制轉(zhuǎn)移方向的數(shù)值裝入累加器A中作變址，最后執(zhí)行散轉(zhuǎn)指令，實現(xiàn)散轉(zhuǎn)。指令轉(zhuǎn)移表的存儲格式如圖4.11所示。②散轉(zhuǎn)指令JMP@A+DPTR。指令轉(zhuǎn)移表的存儲格式指令轉(zhuǎn)移表的存儲格式

由于無條件轉(zhuǎn)移指令A(yù)JMP是兩字節(jié)指令，因此控制轉(zhuǎn)移方向的A中的數(shù)值為

A=0轉(zhuǎn)向 AJMP ONE A=2轉(zhuǎn)向 AJMP TWOA=4轉(zhuǎn)向 AJMP THREEA=6轉(zhuǎn)向 AJMP FOUR

程序中，從P3口讀入的數(shù)據(jù)分別為0、1、2、3，因此必須乘以2來修正A的值。如果A=2，散轉(zhuǎn)過程如下：

JMP @A+DPTR→PC=TABLE+2→AJMPTWO由于無條件轉(zhuǎn)移指令A(yù)JMP是兩字節(jié)指令，因此③三種無條件轉(zhuǎn)移指令LJMP、AJMP和SJMP的比較。三種無條件轉(zhuǎn)移指令在應(yīng)用上的區(qū)別有以下三點：一是轉(zhuǎn)移距離不同，LJMP可在64KB范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移，AJMP指令可以在本指令取出后的2KB范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移，SJMP的轉(zhuǎn)移范圍是以本指令為核心的-126~+129B范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移；二是匯編后機(jī)器碼的字節(jié)數(shù)不同，LJMP是三字節(jié)指令，AJMP和SJMP都是兩字節(jié)指令。③三種無條件轉(zhuǎn)移指令LJMP、AJMP和SJMP的比較。

三是LJMP和AJMP都是絕對轉(zhuǎn)移指令，可以計算得到轉(zhuǎn)移目的地址，而SJMP是相對轉(zhuǎn)移指令，只能通過轉(zhuǎn)移偏移量來進(jìn)行計算。選擇無條件轉(zhuǎn)移指令的原則是根據(jù)跳轉(zhuǎn)的遠(yuǎn)近，盡可能選擇占用字節(jié)數(shù)少的指令。例如，動態(tài)暫停指令一般都選用SJMP$，而不用LJMP$。三是LJMP和AJMP都是絕對轉(zhuǎn)移指令，可以4.3.2分支程序結(jié)構(gòu)分支程序比順序程序的結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，其主要特點是程序的流向有兩個或兩個以上的出口，根據(jù)指定的條件進(jìn)行選擇確定。編程的關(guān)鍵是如何確定供判斷或選擇的條件以及選擇合理的分支指令。通常，根據(jù)分支程序中出口的個數(shù)分為單分支結(jié)構(gòu)程序（兩個出口）和多分支結(jié)構(gòu)程序（三個或三個以上出口）。

1.單分支結(jié)構(gòu)程序的形式單分支結(jié)構(gòu)在程序設(shè)計中應(yīng)用最廣，擁有的指令也最多。單分支結(jié)構(gòu)一般為：一個入口，兩個出口。如圖4.12所示，單分支結(jié)構(gòu)程序有以下兩種典型形式：4.3.2分支程序結(jié)構(gòu)

圖4.12（a）表示當(dāng)條件滿足時執(zhí)行分支程序1，否則執(zhí)行分支程序2，例4.3就是這樣的一種結(jié)構(gòu)。圖4.12（b）表示當(dāng)條件滿足時跳過程序段2，從程序段3往下執(zhí)行，否則順序執(zhí)行程序段2和3。圖4.12單分支結(jié)構(gòu)程序的典型形式圖4.12（a）表示當(dāng)條件滿足時執(zhí)行分支程序

另外，分支結(jié)構(gòu)程序允許嵌套，即一個分支接一個分支，形成樹形多級分支結(jié)構(gòu)程序，例4.4就是這樣的結(jié)構(gòu)。

2.散轉(zhuǎn)程序 在實際應(yīng)用中，常常需要從兩個以上的出口中選一個，稱為多分支程序或散轉(zhuǎn)程序。MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)中專門提供了散轉(zhuǎn)指令，使得散轉(zhuǎn)程序的編制更加簡潔。 例4.5中采用轉(zhuǎn)移地址表法實現(xiàn)散轉(zhuǎn)程序，轉(zhuǎn)移表是由雙字節(jié)短轉(zhuǎn)移指令“AJMP”組成的，各轉(zhuǎn)移指令地址依次相差兩個字節(jié)，所以累加器A中變址值必須作乘2修正。若轉(zhuǎn)移表是由三字節(jié)長轉(zhuǎn)移指令“LJMP”組成，則累加器A中變址值必須乘3。當(dāng)修正值有進(jìn)位時，則應(yīng)將進(jìn)位先加在數(shù)據(jù)指針高位字節(jié)DPH上。另外，分支結(jié)構(gòu)程序允許嵌套，即一個分支接一個分

此外，轉(zhuǎn)移表中使用“AJMP”指令，這就限制了轉(zhuǎn)移的入口地址ONE、TWO、THREE、FOUR必須和散轉(zhuǎn)表首地址TABLE位于同一個2KB范圍內(nèi)。為了克服上述局限性，除了可以使用“LJMP”指令組成跳轉(zhuǎn)表外，還可采用雙字節(jié)的寄存器存放散轉(zhuǎn)值，并利用對DPTR進(jìn)行加法運算的方法，直接修改DPTR，然后再用散轉(zhuǎn)指令實現(xiàn)散轉(zhuǎn)。 散轉(zhuǎn)程序除了轉(zhuǎn)移指令表法之外，還可以采用地址偏移量表法、轉(zhuǎn)向地址表法及利用“RET”指令（子程序返回指令）實現(xiàn)散轉(zhuǎn)程序等。此外，轉(zhuǎn)移表中使用“AJMP”指令3.轉(zhuǎn)移條件的形成分支程序中的轉(zhuǎn)移條件一般都是程序狀態(tài)字（PSW）中標(biāo)志位的狀態(tài)，因此，保證分支程序正確流向的關(guān)鍵如下：

(1)在判斷之前，應(yīng)執(zhí)行對有關(guān)標(biāo)志位有影響的指令該標(biāo)志位能夠適應(yīng)問題的要求，這就要求編程員要十分了Vcv解指令對標(biāo)志位的影響情況。

(2)當(dāng)某一標(biāo)志位處于某一狀態(tài)時，在未執(zhí)行下一條影響此標(biāo)志位的指令前，它一直保持原狀態(tài)不變。

(3)正確理解PSW中各標(biāo)志位的含義及變化情況，才能正確地判斷轉(zhuǎn)移。3.轉(zhuǎn)移條件的形成4.4循環(huán)程序設(shè)計4.4.1循環(huán)程序?qū)嵗?/p>

1.單重循環(huán)程序設(shè)計例4.6

實訓(xùn)4的程序3設(shè)計。用P1口連接的8個LED模擬霓虹燈的顯示方式。編程實現(xiàn)P1口連接的8個LED顯示方式如下：按照從P1.0到P1.7的順序，依次點亮其連接的LED。

(1)題意分析。 這種顯示方式是一種動態(tài)顯示方式，逐一點亮一個燈，使人們感覺到點亮燈的位置在移動。根據(jù)點亮燈的位置，我們要向P1口依次送入如下的立即數(shù)：4.4循環(huán)程序設(shè)計4.4.1循環(huán)程序?qū)岶EH——點亮P1.0連接的LED MOV P1,#0FEHFDH——點亮P1.1連接的LED MOV P1,#0FDHFBH——點亮P1.2連接的LED MOV P1,#0FBH7FH——點亮P1.7連接的LED MOV P1,#7FH

以上完全重復(fù)地執(zhí)行往P1口傳送立即數(shù)的操作，會使程序結(jié)構(gòu)松散。我們看到，控制LED點亮的顯示模式字立即數(shù)0FEH、0FDH、0FBH…7FH之間存在著每次左移一位的規(guī)律，因此我們可以試用循環(huán)程序來實現(xiàn)。初步設(shè)想的程序流程圖如圖所示。FEH——點亮P1.0連接的LED MOV P例4.6初步設(shè)想的程序流程圖例4.6初步設(shè)想的程序流程圖

用匯編語言實現(xiàn)的程序如下：

ORG 0000HSTART: MOV R2,#08H ；設(shè)置循環(huán)次數(shù)

MOV A,#0FEH ；從P1.0→P1.7使LED逐 ；個亮過去NEXT: MOV P1,A ；點亮LED RL A ；左移一位

DJNZ R2,NEXT ；次數(shù)減1，不為；零，繼續(xù)點亮下一個LED SJMP START ；反復(fù)點亮

END用匯編語言實現(xiàn)的程序如下：

執(zhí)行上面程序后，結(jié)果是8個燈全部被點亮，跟預(yù)想的結(jié)果不符，為什么呢？這是因為程序執(zhí)行得很快，逐一點亮LED的間隔太短，在我們看來就是同時點亮了，因此，必須在點亮一個LED后加一段延時程序，使該顯示狀態(tài)稍事停頓，人眼才能區(qū)別開來。執(zhí)行上面程序后，結(jié)果是8個燈全部被點亮，跟預(yù)(2)匯編語言源程序。

由于程序設(shè)計中經(jīng)常會出現(xiàn)如圖所示的次數(shù)控制循環(huán)程序結(jié)構(gòu)，為了編程方便，單片機(jī)指令系統(tǒng)中專門提供了循環(huán)指令DJNZ，以適用于上述結(jié)構(gòu)的編程。

DJNZ R2，NEXT ；R2中存放控制次數(shù)，；R2-1→R2，R2≠0，轉(zhuǎn)移到NEXT繼續(xù)循環(huán)，；否則執(zhí)行下面指令(2)匯編語言源程序。常見循環(huán)程序結(jié)構(gòu)常見循環(huán)程序結(jié)構(gòu)

2．雙重循環(huán)程序設(shè)計——延時程序設(shè)計 在上例中使用了延時程序段之后，我們才能看到正確的顯示結(jié)果。延時程序在單片機(jī)匯編語言程序設(shè)計中使用非常廣泛，例如，鍵盤接口程序設(shè)計中的軟件消除抖動、動態(tài)LED顯示程序設(shè)計、LCD接口程序設(shè)計、串行通信接口程序設(shè)計等。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(zhǔn)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(dāng)高的延時程序。2．雙重循環(huán)程序設(shè)計——延時程序設(shè)計例4.7

設(shè)計一個延時1s的程序，設(shè)單片機(jī)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。對于循環(huán)程序段來講，必須知道每一條指令的執(zhí)行時間，這里涉及到幾個非常重要的概念——時鐘周期、機(jī)器周期和指令周期。 時鐘周期T時鐘是計算機(jī)基本時間單位，同單片機(jī)使用的晶振頻率有關(guān)。題目給定fosc=6MHz，那么T時鐘=1/fosc=1/6M=166.7ns。例4.7設(shè)計一個延時1s的程序，設(shè)單片機(jī)時鐘晶振頻

機(jī)器周期T機(jī)器是指CPU完成一個基本操作所需要的時間，如取指操作、讀數(shù)據(jù)操作等，機(jī)器周期的計算方法：T機(jī)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(jī)器。在附錄2的指令表中給出了每條指令所需的機(jī)器周期數(shù)，可以計算每一條指令的指令周期。 現(xiàn)在，我們可以來計算一下實訓(xùn)4程序3中延時程序段的延時時間。延時程序段如下：機(jī)器周期T機(jī)器是指CPU完成一個基本操作所需要的時DELAY1: 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(jìn)行任何操作進(jìn)入下一條指令，經(jīng)常用于產(chǎn)生一個機(jī)器的延遲。DELAY1: MOV R3,#0FFH

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 ；4μs延時程序段為雙重循環(huán)，下面分別計算內(nèi)循環(huán)和外

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≈390ms外循環(huán)一次時間為1530μs+2μs+

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)。程序流程圖如圖4.15所示。內(nèi)循環(huán)選擇為1ms，第二層循環(huán)達(dá)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）。

(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。

了解了延時時間的計算方法，本例我們使用三重循延時1s的程序流程圖

延時1s的程序流程圖DELAY： 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,DEL2DELAY： MOV R0,#100 ；延時1s的循環(huán)次數(shù)(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 ；2μsDJNZR2,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=7DH(3)程序說明。

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(jī)器在不停地空轉(zhuǎn)一樣，這是程序延時的缺點。若在延時過程中需要CPU做指定的其它工作，就要采用單片機(jī)內(nèi)部的硬件定時器或片外的定時芯片（如8253等）。本例提供了一種延時程序的基本編制方法，若需3.數(shù)據(jù)傳送程序例4.8

不同存儲區(qū)域之間的數(shù)據(jù)傳輸。將內(nèi)部RAM30H單元開始的內(nèi)容依次傳送到外部RAM0100H單元開始的區(qū)域，直到遇到傳送的內(nèi)容是0為止。

(1)題意分析。本例要解決的關(guān)鍵問題是：數(shù)據(jù)塊的傳送和不同存儲區(qū)域之間的數(shù)據(jù)傳送。前者采用循環(huán)程序結(jié)構(gòu)，以條件控制結(jié)束；后者采用間接尋址方式，以累加器A作為中間變量實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。程序流程圖如圖所示。3.數(shù)據(jù)傳送程序例4.8程序流程圖

例4.8程序流程圖

(2)匯編語言源程序。

ORG 0000HMOV R0,#30H ；R0指向內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)區(qū)首地址

MOV DPTR,#0100H ；DPTR指向外部RAM數(shù)據(jù)區(qū)首地址

TRANS:MOVA,@R0 ；A←(R0) MOVX@DPTR,A；（DPTR）←A CJNEA,#00H,NEXT SJMPFINISH ；A=0，傳送完成(2)匯編語言源程序。NEXT: INC R0 ；修改地址指針

INC DPTR AJMP TRANS；繼續(xù)傳送

FINISH: SJMP $ END(3)程序說明。

①間接尋址指令。在單片機(jī)指令系統(tǒng)中，對內(nèi)部RAM讀/寫數(shù)據(jù)有兩種方式：直接尋址方式和間接尋址方式。例如：NEXT: INC R0 ；修改地址指

直接方式：MOV A,30H ；內(nèi)部RAM(30H)→累加器A

間接方式：MOV R0,#30H；30H→R0MOV A,@R0；內(nèi)部RAM(R0)→累加器A

對外部RAM的讀/寫數(shù)據(jù)只有間接尋址方式，間接尋址寄存器有R0、R1（尋址范圍是00H～FFH）和DPTR（尋址范圍0000H～FFFFH，整個外部RAM區(qū)）。

直接方式：MOV A,30H ；內(nèi)部RAM②不同存儲空間之間的數(shù)據(jù)傳輸。MCS-51系列單片機(jī)存儲器結(jié)構(gòu)的特點之一是存在著4種物理存儲空間，即片內(nèi)RAM、片外RAM、片內(nèi)ROM和片外ROM。不同的物理存儲空間之間的數(shù)據(jù)傳送一般以累加器A作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹行模鐖D所示。不同的存儲空間是獨立編址的，在傳送指令中的區(qū)別在于不同的指令助記符，例如：

MOV R0,#30H MOV A,@R0 ；內(nèi)部RAM(30H)→A

MOVXA,@R0 ；外部RAM(30H)→A②不同存儲空間之間的數(shù)據(jù)傳輸。MCS-51以累加器A為中心的不同存儲空間的數(shù)據(jù)傳送示意圖

以累加器A為中心的不同存儲空間的數(shù)據(jù)傳送示意圖

4.4.2循環(huán)程序結(jié)構(gòu)

1.循環(huán)程序組成從以上循環(huán)程序?qū)嵗?，我們看到循環(huán)程序的特點是程序中含有可以重復(fù)執(zhí)行的程序段。循環(huán)程序由以下4部分組成：

(1)初始化部分。程序在進(jìn)入循環(huán)處理之前必須先設(shè)立初值，例如循環(huán)次數(shù)計數(shù)器、工作寄存器以及其它變量的初始值等，為進(jìn)入循環(huán)做準(zhǔn)備。

(2)循環(huán)體。循環(huán)體也稱為循環(huán)處理部分，是循環(huán)程序的核心。循環(huán)體用于處理實際的數(shù)據(jù)，是重復(fù)執(zhí)行部分。4.4.2循環(huán)程序結(jié)構(gòu)

(3)循環(huán)控制。在重復(fù)執(zhí)行循環(huán)體的過程中，不斷修改和判別循環(huán)變量，直到符合循環(huán)結(jié)束條件。一般情況下，循環(huán)控制有以下幾種方式：

①計數(shù)循環(huán)——如果循環(huán)次數(shù)已知，用計數(shù)器計數(shù)來控制循環(huán)次數(shù)，這種控制方式用得比較多。循環(huán)次數(shù)要在初始化部分預(yù)置，在控制部分修改，每循環(huán)一次，計數(shù)器內(nèi)容減1。例4.6、例4.7都屬于計數(shù)循環(huán)控制方式。

②條件控制循環(huán)——在循環(huán)次數(shù)未知的情況下，一般通過設(shè)立結(jié)束條件來控制循環(huán)的結(jié)束，例4.8就是用條件A=0來控制循環(huán)結(jié)束的。(3)循環(huán)控制。在重復(fù)執(zhí)行循環(huán)體的過程中，③開關(guān)量與邏輯尺控制循環(huán)——這種方法經(jīng)常用在過程控制程序設(shè)計中，這里不再詳述。

(4)循環(huán)結(jié)束處理。這部分程序用于存放執(zhí)行循環(huán)程序所得結(jié)果以及恢復(fù)各工作單元的初值等。

2.循環(huán)程序的基本結(jié)構(gòu)循環(huán)程序通常有兩種編制方法：一種是先處理再判斷，另一種是先判斷后處理，如圖所示。③開關(guān)量與邏輯尺控制循環(huán)——這種方法經(jīng)常用循環(huán)程序的兩種基本結(jié)構(gòu)

（a）先執(zhí)行后判斷；（b）先判斷后執(zhí)行循環(huán)程序的兩種基本結(jié)構(gòu)

（a）先執(zhí)行后判斷；（b）先判斷后執(zhí)3.多重循環(huán)結(jié)構(gòu)程序有些復(fù)雜問題，必須采用多重循環(huán)的程序結(jié)構(gòu)，即循環(huán)程序中包含循環(huán)程序或一個大循環(huán)中包含多個小循環(huán)程序，稱為多重循環(huán)程序結(jié)構(gòu)，又稱循環(huán)嵌套。多重循環(huán)程序必須注意的是各重循環(huán)不能交叉，不能從外循環(huán)跳入內(nèi)循環(huán)。例4.7的延時程序就是一個典型的三重循環(huán)結(jié)構(gòu)。

4.循環(huán)程序與分支程序的比較循環(huán)程序本質(zhì)上是分支程序的一種特殊形式，凡是分支程序可以使用的轉(zhuǎn)移指令，循環(huán)程序一般都可以使用，并且由于循環(huán)程序在程序設(shè)計中的重要性，單片機(jī)指令系統(tǒng)還專門提供了循環(huán)控制指令，如DJNZ等。3.多重循環(huán)結(jié)構(gòu)程序4.5查表程序

在單片機(jī)匯編語言程序設(shè)計中，查表程序的應(yīng)用非常廣泛，在LED顯示程序和鍵盤接口程序設(shè)計中都用到了查表程序段。例4.9

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(yù)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)。4.5查表程序在單片機(jī)匯編語言程

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 0000HMOV 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: DB0,1,4,9,16,25,36,49,64,81；定義0~9平方表

END查表程序的關(guān)鍵是表格的定義和如何實現(xiàn)查表(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(jī)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：(3)程序說明。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；的字節(jié)數(shù)減去1MOVC A,@A+PC ；25→ASJMP $TABLE: DB0,1,4,9,16,25,36,49,64,81；定義0~9平方表

ENDORG 00

在解決實際問題時，經(jīng)常會遇到一個程序中多次使用同一個程序段，例如延時程序、查表程序、算術(shù)運算程序段等功能相對獨立的程序段。在實訓(xùn)4中，我們反復(fù)使用了延時程序段。為了節(jié)約內(nèi)存，我們把這種具有一定功能的獨立程序段編成子程序，例如延時子程序。當(dāng)需要時，可以去調(diào)用這些獨立的子程序。調(diào)用程序稱為主程序，被調(diào)用的程序稱為子程序。本節(jié)用實例介紹子程序和堆棧的使用方法。4.6子程序設(shè)計與堆棧技術(shù)在解決實際問題時，經(jīng)常會遇到一個程序中多次使

4.6.1子程序?qū)嵗?/p>

例4.10

延時子程序：編程使P1口連接的8個LED按下面方式顯示：從P1.0連接的LED開始，每個LED閃爍10次，再移向下一個LED，同樣閃爍10次，循環(huán)不止。

(1)題意分析。在前面的例子中，我們已經(jīng)編了一些LED模擬霓虹燈的程序，按照題目要求畫出本例的程序流程圖如圖4.19所示。在圖4.19中，兩次使用延時程序段，因此我們把延時程序編成子程序。4.6.1子程序?qū)嵗?/p>

例4.10程序流程圖例4.10程序流程圖(2)匯編語言源程序。

ORG 0000HMAIN: MOV A,#0FE；送顯示初值LP: MOV R0,#10 ；送閃爍次數(shù)LP0: MOV P1,A ；點亮LED LCALLDELAY ；延時

MOV P1,#0FFH ；熄滅燈

LCALLDELAY ；延時

(2)匯編語言源程序。DJNZR0,LP0；閃爍次數(shù)不夠10次，繼續(xù)

RLA ；否則A左移，下一個燈閃爍

SJMP LP ；循環(huán)不止DELAY:MOVR3,#0FFH ；延時子程序

DEL2:MOVR4,#0FFHDEL1:NOP DJNZR4,DEL1 DJNZ R3,DEL2 RETDJNZR0,LP0(3)程序說明。

①子程序調(diào)用和返回過程。在上例中，MAIN為主程序，DELAY為延時子程序。當(dāng)主程序MAIN需要延時功能時，就用一條調(diào)用指令A(yù)CALL（或LCALL）DELAY即可。子程序DELAY的編制方法與一般程序遵循的規(guī)則相同，同時也有它的特殊性。子程序的第一條語句必須有一個標(biāo)號，如DELAY，代表該子程序第一個語句的地址，也稱為子程序入口地址，供主程序調(diào)用；子程序的最后一條語句必須是子程序返回指令RET。子程序一般緊接著主程序存放，例4.10的主程序和子程序在存儲器中的存儲格式如下：(3)程序說明。

主程序：地址 機(jī)器碼 指令

000512** LCALLDELAY ；第一次調(diào)用子程序

0008******MOVP1,#0FFH ；LCALL指令的下一條指令首址0008H稱為斷點地址主程序：

子程序：

0013****** MOV R3,#0FFH ；子程序開始

001C 22 RET ；子程序返回主程序兩次調(diào)用子程序及子程序返回過程如圖所示。

子程序兩次調(diào)用、返回過程示意圖子程序兩次調(diào)用、返回過程示意圖

子程序只需書寫一次，主程序可以反復(fù)調(diào)用它。CPU執(zhí)行LCALL指令所進(jìn)行的具體操作(以第一次調(diào)用為例)是：

(a)PC的自動加1功能使PC=0008H，指向下一條指令MOVP1,#0FFH的首址，PC中即為斷點地址；

(b)保存PC中的斷點地址0008H；

(c)將子程序DELAY的入口地址0013H賦給PC，PC=0012H；

(d)程序轉(zhuǎn)向DELAY子程序運行。子程序只需書寫一次，主程序可以反復(fù)調(diào)用它。CCPU執(zhí)行RET指令的具體操作(以第一次調(diào)用為例)是：

(a)取出執(zhí)行調(diào)用指令時保存的斷點地址0008H，并將它賦給PC，PC=0008H；

(b)程序轉(zhuǎn)向斷點處繼續(xù)執(zhí)行主程序。從以上分析來看，在子程序調(diào)用過程中，斷點地址0008H是自動保存和取出的，那么斷點地址究竟存放在什么地方呢？這里引出一個新的存儲區(qū)域概念——堆棧，它是一個存放臨時數(shù)據(jù)(例如斷點地址)的內(nèi)存區(qū)域。堆棧的巧妙設(shè)計使程序員不必操心數(shù)據(jù)的具體存放地址。

②子程序嵌套。CPU執(zhí)行RET指令的具體操作(以第一次調(diào)用為

修改上面的程序，將一個燈的閃爍過程也編成子程序形式。修改后的源程序如下：ORG 0000HMAIN: MOV A,#0FEH ；送顯示初值COUN: ACALLFLASH ；調(diào)閃爍子程序RL A ；A左移，下一個燈閃爍SJMP COUN ；循環(huán)不止修改上面的程序，將一個燈的閃爍過程也編成FLASH: MOV R0,#10 ；送閃爍次數(shù)FLASH1: MOV P1,A ；點亮LED LCALLDELAY ；延時

MOV P1,#0FFH ；熄滅燈

LCALLDELAY ；延時

DJNZ R0,FLASH1 ；閃爍次數(shù)不夠10次，繼續(xù)

RETFLASH: MOV R0,#10 ；送閃爍次數(shù)DELAY: MOV R3,#0FFH ；延時子程序

DEL2: MOV R4,#0FFHDEL1: NOP DJNZ R4,DEL1 DJNZ R3,DEL2 RET ENDDELAY: MOV R3,#0FFH ；延時子

上面程序中，主程序調(diào)用了閃爍子程序FLASH，閃爍子程序中又調(diào)用延時子程序DELAY，這種主程序調(diào)用子程序，子程序又調(diào)用另外的子程序的程序結(jié)構(gòu)，稱為子程序的嵌套。一般來說，子程序嵌套層數(shù)理論上是無限的，但實際上，受堆棧深度的影響，嵌套層數(shù)是有限的。與子程序的多次調(diào)用不同，嵌套子程序的調(diào)用過程如圖所示。上面程序中，主程序調(diào)用了閃爍子程序FLASH例4.10程序中嵌套子程序的執(zhí)行過程例4.10程序中嵌套子程序的執(zhí)行過程

例4.11

查表子程序。假設(shè)a、b均小于10，計算c=a2+b2，其中a事先存在內(nèi)部RAM的31H單元，b事先存在32H單元，請把c存入33H單元。

(1)題意分析。本例兩次使用平方的計算，在前面的例4.9中已經(jīng)編過查平方表得到平方值的程序，在此我們采用把求平方編為子程序的方法。

(2)匯編語言源程序。例4.11查表子程序。假設(shè)a、b均小于1ORG 0000H ；主程序

MOV SP,#3FH ；設(shè)置棧底

MOV A,31H ；取數(shù)a存放到累加器A中作為入口參數(shù)

LCALL SQRMOV R1,A ；出口參數(shù)——平方值存放在A中

MOV A,32H

ORG 0000H ；主程序ADD A,R1 MOV 33H,ASJMP $

；子程序：SQR

；功能：通過查表求出平方值y=x2

；入口參數(shù)：x存放在累加器A中 ；出口參數(shù)：求得的平方值y存放在A中 ；占用資源：累加器A，數(shù)據(jù)指針DPTRADD A,R1 SQR:PUSH DPH ；保護(hù)現(xiàn)場，將主程序中DPTR

的高8位放入堆棧

PUSHDPL ；保護(hù)現(xiàn)場，將主程序中DPTR

的低8位放入堆棧

MOVDPTR,#TABLE；在子程序中重新使用DPTR，表首地址→DPTRMOVCA,@A+DPTR；查表

POPDPL ；恢復(fù)現(xiàn)場，將主程序中DPTR

的低8位從堆棧中彈出SQR:PUSH DPH ；保護(hù)現(xiàn)場，將主程序POPDPH ；恢復(fù)現(xiàn)場，將主程序中DPTR的高8

位從堆棧中彈出

RETTABLE:DB 0,1,4,9,16,25,36,49,64,81

(3)執(zhí)行程序。在運行程序之前，利用單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)先在內(nèi)部RAM的31H、32H存放兩個小于10的數(shù)，執(zhí)行完之后，結(jié)果放在33H單元。

(4)程序說明。POPDPH ；恢復(fù)現(xiàn)場，將主程序中①參數(shù)傳遞。主程序調(diào)用查表子程序時，子程序需要從主程序中得到一個參數(shù)——已知數(shù)x，這個參數(shù)稱為子程序的入口參數(shù)。查表子程序執(zhí)行完以后，必須將結(jié)果傳送給主程序，這個子程序向主程序傳遞的參數(shù)稱為子程序的出口參數(shù)。本例中入口和出口參數(shù)都是通過累加器A來傳送的。

②現(xiàn)場保護(hù)和現(xiàn)場恢復(fù)。子程序在編制過程中經(jīng)常會用到一些通用單元，如工作寄存器、累加器、數(shù)據(jù)指針DPTR以及PSW等。而這些工作單元在調(diào)用它的主程序中也會用到，為此，需要將子程序用到的這些通用編程資源加以保護(hù)，稱為保護(hù)現(xiàn)場。在子程序執(zhí)行完后需恢復(fù)這些單元的內(nèi)容，稱為恢復(fù)現(xiàn)場。①參數(shù)傳遞。主程序調(diào)用查表子程序時，子程序

本例中，保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場是在子程序中利用堆棧操作實現(xiàn)的，在子程序的開始部分把子程序中要用到的編程資源都保護(hù)起來，在執(zhí)行返回指令之前恢復(fù)現(xiàn)場，這是一種比較規(guī)范的方法。另外，也可以在主程序中實現(xiàn)保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場。在調(diào)用子程序前保護(hù)現(xiàn)場，子程序返回后恢復(fù)現(xiàn)場，這種方式比較靈活，可以根據(jù)當(dāng)時的需要確定要保護(hù)的內(nèi)容。

③子程序的說明。在查表子程序前，以程序注釋的形式對子程序進(jìn)行了說明，說明內(nèi)容如下：本例中，保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場是在子程序中利用堆棧操(a)子程序名：提供給主程序調(diào)用的名字。

(b)子程序功能：簡要說明子程序能完成的主要功能。

(c)入口參數(shù)：主程序需要向子程序提供的參數(shù)。

(d)出口參數(shù)：子程序執(zhí)行完之后向主程序返回的參數(shù)。

(e)占用資源：該子程序中使用了哪些存儲單元、寄存器等。這些說明是寫給程序員看的，供以后使用子程序時參考。(a)子程序名：提供給主程序調(diào)用的名字。

4.6.2堆棧結(jié)構(gòu)

1.堆棧概念堆棧實際上是內(nèi)部RAM的一部分，堆棧的具體位置由堆棧指針SP確定。SP是一個8位寄存器，用于存放堆棧的棧底（初始化）地址和棧頂?shù)刂?。單片機(jī)復(fù)位或上電時，SP的初值是07H，表示堆棧棧底為07H，存入數(shù)據(jù)后，地址增1，SP中的地址值隨著加1。SP的值總是指向最后放進(jìn)堆棧的一個數(shù)，此時，SP中的地址稱為棧頂?shù)刂贰６褩＝Y(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。

4.6.2堆棧結(jié)構(gòu)堆棧結(jié)構(gòu)示意圖

堆棧結(jié)構(gòu)示意圖

2.堆棧操作堆棧有兩種最基本操作：向堆棧存入數(shù)據(jù)稱為“入?！被颉皦喝攵褩！保≒USH）；從堆棧取出數(shù)據(jù)稱為“出?！被颉皬棾龆褩！保≒OP）。堆棧中數(shù)據(jù)的存取采用后進(jìn)先出方式，即后入棧的數(shù)據(jù)，彈出時先彈出，類似貨棧堆放貨物的存取方式，“堆?！币辉~因此而得名。由于單片機(jī)初始化的堆棧區(qū)域同第1組工作寄存器區(qū)重合，也就是說，當(dāng)把堆棧棧底設(shè)在07H處時，就不能使用第1組工作寄存器，如果堆棧存入數(shù)據(jù)量比較大的話，甚至第2組和第3組工作寄存器也不能使用了。因此，在匯編語言程序設(shè)計中，通常總是把堆棧區(qū)的位置設(shè)在用戶RAM區(qū)。例如2.堆棧操作MOV SP,#60H ；將堆棧棧底設(shè)在內(nèi)部RAM的60H處

3.堆棧的功能最初，堆棧是為了子程序調(diào)用和返回而設(shè)計的，執(zhí)行調(diào)用指令（LCALL、ACALL）時，CPU自動把斷點地址壓棧；執(zhí)行返回指令RET時，自動從堆棧中彈出斷點地址。由于堆棧操作簡單，程序員也經(jīng)常用堆棧暫存中間結(jié)果或數(shù)據(jù)。只是使用時需要注意堆棧先進(jìn)后出的特點。例如，例4.11中的子程序SQR中，恢復(fù)現(xiàn)場的順序就不能弄反，先保護(hù)的DPH后恢復(fù)出來。另外，在子程序調(diào)用時，CPU會自動利用堆棧進(jìn)行保護(hù)現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場。MOV SP,#60H ；將堆棧棧底設(shè)在內(nèi)4.堆棧操作與RAM操作的比較堆棧作為內(nèi)部RAM的一個特殊區(qū)域，又有其獨特性，為匯編語言程序設(shè)計提供了更多的方便。同內(nèi)部RAM的操作相比較，使用堆棧有以下優(yōu)點：

(1)使用內(nèi)部RAM必須知道單元具體地址，而堆棧只需設(shè)置好棧底地址，就可放心使用，無需再記住單元具體地址。

(2)當(dāng)我們需要重新分配內(nèi)存工作單元時，程序中使用內(nèi)部RAM的地方，都要修改單元地址，而堆棧只需修改棧底地址就行了。

4.堆棧操作與RAM操作的比較(3)堆棧所特有的先進(jìn)后出特點，使得數(shù)據(jù)彈出之后，存儲單元自動回收、再次使用，充分提高了內(nèi)存的利用率；而內(nèi)部RAM的操作是不可能實現(xiàn)自動回收再利用的，必須通過編程員的重新分配，才能再次使用。(3)堆棧所特有的先進(jìn)后出特點，使得數(shù)據(jù)彈4.6.3子程序結(jié)構(gòu)

1.子程序的編程原則在實際的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計中，為了程序結(jié)構(gòu)更加清晰，易于設(shè)計，易于修改，增強(qiáng)程序可讀性，基本上都要使用子程序結(jié)構(gòu)。子程序作為一個具有獨立功能的程序段，編程時需遵循以下原則：

(1)子程序的第一條指令必須有標(biāo)號，明確子程序入口地址。

(2)以返回指令RET結(jié)束子程序。

4.6.3子程序結(jié)構(gòu)(3)簡明扼要的子程序說明部分。

(4)較強(qiáng)的通用性和可浮動性，盡可能避免使用具體的內(nèi)存單元和絕對轉(zhuǎn)移地址等。

(5)注意保護(hù)現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場。

2.參數(shù)傳遞的方法主程序調(diào)用子程序時，主程序和子程序之間存在著參數(shù)互相傳遞的問題。參數(shù)傳遞一般有以下三種方法。(3)簡明扼要的子程序說明部分。1)寄存器傳遞參數(shù)如例4.11那樣，通過寄存器A傳遞入口參數(shù)和出口參數(shù)。

2)利用堆棧傳遞參數(shù)修改例4.11，利用堆棧來傳遞參數(shù)，源程序如下：

ORG 0000H ；主程序

MOV SP,#3FH ；設(shè)置棧底

PUSH31H ；將數(shù)a存放到堆棧中，作為入口參數(shù)

LCALL SQRPOP ACC