第4章 單片機 語言程序設(shè)計

內(nèi)容概要匯編語言：直接控制單片機硬件的編程語言。因此，要求程序設(shè)計者要“軟、硬結(jié)合”。本章介紹匯編語言程序設(shè)計的基本知識,以及一些基本的程序設(shè)計。4.1匯編語言程序設(shè)計概述程序是指令的有序集合。單片機運行就是執(zhí)行指令序列的過程。編寫這一指令序列的過程稱為程序設(shè)計。14.1.1單片機編程語言常用的編程語言是匯編語言和高級語言。1．匯編語言匯編語言：用助記符表示的指令。匯編語言源程序：用匯編語言編寫的程序?！皡R編”：匯編語言源程序需轉(zhuǎn)換（翻譯）成為二進(jìn)制代碼表示的機器語言程序，才能識別和執(zhí)行。經(jīng)匯編軟件“匯編”得到的以二進(jìn)制形式表示的機器語言稱為目標(biāo)程序。2優(yōu)點：用匯編語言編寫程序效率高，占用存儲空間小，運行速度快，能編寫出最優(yōu)化的程序，缺點：可讀性差，離不開具體的硬件，是面向“硬件”的語言通用性差。2．高級語言不受具體“硬件”的限制，優(yōu)點：通用性強，直觀、易懂、易學(xué)，可讀性好。目前多數(shù)的51單片機用戶使用C語言（C51）來進(jìn)行程序設(shè)計，已公認(rèn)為高級語言中高效簡潔而又貼近51單片機硬件的編程語言。將C語言向單片機上移植，始于20世紀(jì)80年代的中后期。34.1.2匯編語言語句和格式兩種基本語句：指令語句和偽指令語句。（1）指令語句每一指令語句在匯編時都產(chǎn)生一個指令代碼（機器代碼），執(zhí)行該指令代碼對應(yīng)著機器的一種操作。（2）偽指令語句是控制匯編（翻譯）過程的控制命令。沒有對應(yīng)的機器代碼。4匯編語言語句是符合典型的匯編語言的四分段格式：〔標(biāo)號：〕〔操作碼〕〔操作數(shù)〕；〔注釋〕雙操作數(shù)之間用逗號相隔；任何語句都必須有操作碼字段，其余各段為任選項。5標(biāo)號字段(LABLE)操作碼字段(OPCODE)操作數(shù)字段(OPRAND)注釋字段(COMMENT)【例4-1】下面是一段程序的四分段書寫格式。標(biāo)號字段操作碼字段操作數(shù)字段注釋字段START：MOV A，#00H ；0→A

MOV R1，#10 ；10→R1 MOV R2，#00000011B ；03H→R2LOOP：ADD A，R2 ；(A)+(R2)→A DJNZ R1，LOOP；R1減1不為零，則跳LOOP處 NOPHERE：SJMP HERE61．標(biāo)號字段 語句所在地址的標(biāo)志符號，才能被訪問。如標(biāo)號“START”和“LOOP”等。有關(guān)標(biāo)號規(guī)定如下：（1）標(biāo)號后必須跟冒號“：”。（2）由1～8個ASCII碼字符組成,第一個字符必須是字母.（3）同標(biāo)號在一個程序中只定義一次，不能重復(fù)定義。（4）不能將指令助記符、偽指令以及寄存器的符號名稱等作為標(biāo)號。（5）若某條語句將被本程序其他語句訪問，則可用標(biāo)號，否則不需標(biāo)號。72．操作碼字段必不可少。3．操作數(shù)字段指令的操作數(shù)或操作數(shù)地址。通常有1個、2個、3個或沒有。如果是多操作數(shù)，則操作數(shù)之間要以逗號隔開。8操作數(shù)若多個操作數(shù)，之間用逗號分開。操作數(shù)包括的內(nèi)容有：（1）工作寄存器：由PSW.3和PSW.4規(guī)定的當(dāng)前工作寄存器區(qū)中的R0～R7。（2）特殊功能寄存器：21個SFR的名字。（3）標(biāo)號名：賦值標(biāo)號—由匯編指令EQU等賦值的標(biāo)號；指令標(biāo)號—指令標(biāo)號指示的指令的第一字節(jié)地址是該標(biāo)號的值。（4）常數(shù)：可用二進(jìn)制（B）、十進(jìn)制、十六進(jìn)制（H），若常數(shù)以字符開頭，前面加0。（5）$：用來表示程序計數(shù)器的當(dāng)前值。（6）表達(dá)式：匯編時，計算出表達(dá)式的值填入目標(biāo)碼。94．注釋字段 用于解釋指令或程序的含義，對可讀性非常有用。 使用時須以分號開頭，長度不限，一行寫不下可換行書寫，但注意也要以分號開頭。匯編時，遇到“；”就停止“翻譯”。因此，注釋字段不會產(chǎn)生機器代碼。104.1.3偽指令ORG匯編起始命令格式：ORG16位地址功能：規(guī)定該偽指令后面程序的匯編地址，即匯編后生成目標(biāo)程序存放的起始地址。例如：

ORG2000HSTART：MOVA，#64H┇規(guī)定了START的地址是2000H，又規(guī)定了匯編后的第一條指令碼從2000H開始存放。地址必須由小到大排列，且不能交叉.偽指令不是真正的指令，無對應(yīng)的機器碼，在匯編時不產(chǎn)生目標(biāo)程序，只是用來對匯編過程進(jìn)行某種控制。ORG 2000H……ORG 2500H……ORG 3000H……這種順序是正確的。若按下面順序的排列則是錯誤的，因為地址出現(xiàn)了交叉。ORG 2500H……ORG 2000H……ORG 3000H……1213END

匯編結(jié)束指令格式：END功能：通知匯編程序結(jié)束匯編。在END之后所有的匯編指令均不予以處理。DB（DefineByte）定義數(shù)據(jù)字節(jié)命令用于從指定的地址開始，在程序存儲器連續(xù)單元中定義字節(jié)數(shù)據(jù)。例如： ORG 2000HDB 30H，40H，24，"C"，"B"匯編后(2000H)=30H(2001H)=40H(2002H)=18H(十進(jìn)制數(shù)24)(2003H)=43H(字符“C”的ASCII碼)(2004H)=42H(字符“B”的ASCII碼)14編程的步驟一、分析問題二、確定算法三、畫程序流程圖四、編寫程序15一、分析問題對需要解決的問題進(jìn)行分析，以求對問題有正確的理解。如:解決問題的任務(wù)是什么？工作過程？現(xiàn)有的條件，已知數(shù)據(jù)，對運算的精度和速度方面的要求？設(shè)計的硬件結(jié)構(gòu)是否方便編程？16二、確定算法算法是如何將實際問題轉(zhuǎn)化成程序模塊來處理。在編程以前，先要對幾種不同的算法進(jìn)行分析、比較，找出最適宜的算法17三、畫程序流程圖程序流程圖是使用各種圖形、符號、有向線段等來說明程序設(shè)計過程的一種直觀的表示。流程圖步驟分得越細(xì)致，編寫程序是也越方便。畫流程圖是程序結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的一種重要手段。一個系統(tǒng)軟件有總的流程圖（主程序框圖）和局部的流程圖。流程圖常采用的圖形和符號。18橢圓框或桶形框：表示程序的開始或結(jié)束。矩形框：表示要進(jìn)行的工作。菱形框：表示要判斷的事情，菱形框內(nèi)的表達(dá)式表示要判斷的內(nèi)容。圓圈：表示連接點指向線：表示程序的流向編程的方法和技巧一、模塊化的程序設(shè)計方法二、編程技巧20一、模塊化的程序設(shè)計方法1、程序功能模塊化的優(yōu)點單個模塊結(jié)構(gòu)的程序功能單一，易于編寫、調(diào)試和修改。便于分工，從而可使多個程序員同時進(jìn)行程序的編寫和調(diào)試工作，加快軟件研制進(jìn)度。程序可讀性好，便于功能擴充和版本升級。對程序的修改可局部進(jìn)行，其它部分可以保持不變。對于使用頻繁的子程序可以建立子程序庫，便于多個模塊調(diào)用。212、劃分模塊的原則每個模塊應(yīng)具有獨立的功能，能產(chǎn)生一個明確的結(jié)果，即單模塊的功能高內(nèi)聚性。模塊之間的控制耦合應(yīng)盡量簡單，數(shù)據(jù)耦合應(yīng)盡量少，即模塊間的低耦合性?？刂岂詈鲜侵改K進(jìn)入和退出的條件及方式，數(shù)據(jù)耦合是指模塊間的信息交換方式、交換量的多少及交換頻繁程度。模塊長度適中。20條～100條的范圍較合適。22二、編程技巧1、盡量采用循環(huán)結(jié)構(gòu)和子程序。2、盡量少用無條件轉(zhuǎn)移指令。3、對于通用的子程序，考慮到其通用性，除了用于存放子程序入口參數(shù)的寄存器外，子程序中用到的其他寄存器的內(nèi)容應(yīng)壓入堆棧（返回前再彈出），即保護(hù)現(xiàn)場。4、在中斷處理程序中，除了要保護(hù)處理程序中用到的寄存器外，還要保護(hù)標(biāo)志寄存器。5、用累加器傳遞入口參數(shù)或返回參數(shù)比較方便，在子程序中，一般不必把累加器內(nèi)容壓入堆棧。23分為無條件轉(zhuǎn)移和有條件轉(zhuǎn)移。只討論有條件分支轉(zhuǎn)移程序，又分為單分支選擇結(jié)構(gòu)和多分支選擇結(jié)構(gòu)。1．單分支選擇結(jié)構(gòu)兩者選一。一般根據(jù)運算結(jié)果的狀態(tài)標(biāo)志，用條件判跳指令來選擇并轉(zhuǎn)移。244.3.6分支轉(zhuǎn)移程序設(shè)計25圖4-4單分支選擇結(jié)構(gòu)1

圖4-5單分支選擇結(jié)構(gòu)2【例4-9】

求單字節(jié)有符號數(shù)的二進(jìn)制補碼正數(shù)補碼是其本身，負(fù)數(shù)補碼是其反碼加1。因此，應(yīng)首先判被轉(zhuǎn)換數(shù)的符號，負(fù)數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，正數(shù)本身即為補碼。設(shè)二進(jìn)制數(shù)放在A中，其補碼放回到A中

26參考程序如下：CMPT：JNBAcc.7，RETURN ；(A)>0，不需轉(zhuǎn)換 MOVC，Acc.7 ；符號位保存 CPLA ；(A)求反，加1 ADDA，#1 MOVAcc.7，C ；符號位存在A的最高位RETURN：RET272．多分支選擇結(jié)構(gòu)當(dāng)程序的判別部分有兩個以上的出口時，為多分支選擇結(jié)構(gòu)。有兩種形式。28

圖4-6

多分支選擇結(jié)構(gòu)1圖4-7

多分支選擇結(jié)構(gòu)2指令系統(tǒng)提供了非常有用的兩種多分支選擇指令：間接轉(zhuǎn)移指令

JMP@A+DPTR比較轉(zhuǎn)移指令

CJNEA，direct，rel

CJNEA，#data，rel CJNERn，#data，rel CJNE@Ri，#data，rel間接轉(zhuǎn)移指令“JMP@A+DPTR”由數(shù)據(jù)指針DPTR決定多分支轉(zhuǎn)移程序的首地址，由A的內(nèi)容選擇對應(yīng)分支。CJNE能對兩個欲比較的單元內(nèi)容進(jìn)行比較，當(dāng)不相等時，程序?qū)崿F(xiàn)相對轉(zhuǎn)移；若兩者相等，則順序往下執(zhí)行。29簡單的分支轉(zhuǎn)移程序的設(shè)計，常采用逐次比較法，就是把所有不同的情況一個一個地進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)符合就轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的處理程序。缺點是程序太長，有n種可能的情況，就需有n個判斷和轉(zhuǎn)移?！纠?-10】

求符號函數(shù)的值。符號函數(shù)定義如下：X存放在40H單元，Y存放在41H單元。30Y=1X

>0X

<0X

=00-1程序如下：SIGNFUC： MOV A，40H CJNE A，#00H，NZEAR AJMP NEGTNZEAR：JB Acc.7，

POSI MOV A，#01H AJMP NEGTPOSI：

MOV A，#FFH

MOV 41H，

A END 31NEGT：實際中，經(jīng)常遇到圖4-7的分支轉(zhuǎn)移程序設(shè)計，典型例子就是當(dāng)單片機系統(tǒng)中的鍵盤按下時，就會得到一個鍵值，根據(jù)不同的鍵值，跳向不同的鍵處理程序入口。此時，可用直接轉(zhuǎn)移指令（LJMP或AJMP指令）組成一個轉(zhuǎn)移表，然后把該單元的內(nèi)容讀入累加器A，轉(zhuǎn)移表首地址放入DPTR中，再利用間接轉(zhuǎn)移指令實現(xiàn)分支轉(zhuǎn)移?！纠?-11】

根據(jù)寄存器R2的內(nèi)容，轉(zhuǎn)向各個處理程序PRGX（X=0～n）。

(R2)=0，轉(zhuǎn)PRG0 (R2)=1，轉(zhuǎn)PRG1 …… (R2)=n，轉(zhuǎn)PRGn32程序如下：JMP6：

MOV DPTR，#TAB5；轉(zhuǎn)移表首地址送DPTR MOV A，R2 ；分支轉(zhuǎn)移參量送A MOV B，#03H ；乘數(shù)3送B MUL AB ；分支轉(zhuǎn)移參量乘3 MOV R6，

A ；乘積的低8位暫存R6 MOV A，B ；乘積的高8位送A ADD A，DPH ；乘積的高8位加到DPH中 MOV DPH，

A MOV A，

R6 JMP @A+DPTR ；多分支轉(zhuǎn)移選擇

……33TAB5： LJMP PRG0 ；多分支轉(zhuǎn)移表 LJMP PRG1

…… LJMP PRGnR2乘3是由于長跳轉(zhuǎn)指令LJMP要占3個單元。4.3.7循環(huán)程序設(shè)計程序中含有可以反復(fù)執(zhí)行的程序段，稱循環(huán)體。例如，求100個數(shù)的累加和，那么可用一條加法指令使其循環(huán)執(zhí)行100次。因此可縮短程序長度和程序所占的內(nèi)存單元數(shù)量更少，使程序結(jié)構(gòu)緊湊。341．循環(huán)程序的結(jié)構(gòu)主要由以下四部分組成。（1）循環(huán)初始化完成循環(huán)前的準(zhǔn)備工作。循環(huán)控制計數(shù)初值、地址指針的起始地址的設(shè)置、為變量預(yù)置初值等。（2）循環(huán)處理反復(fù)循環(huán)執(zhí)行的部分，故又稱循環(huán)體。（3）循環(huán)控制不斷修改循環(huán)控制變量，符合結(jié)束條件，就結(jié)束循環(huán)程序的執(zhí)行。循環(huán)結(jié)束控制方法分為循環(huán)計數(shù)控制法和條件控制法。35（4）循環(huán)結(jié)束這部分是對循環(huán)程序執(zhí)行的結(jié)果進(jìn)行分析、處理和存放。2．循環(huán)結(jié)構(gòu)的控制分為循環(huán)計數(shù)控制結(jié)構(gòu)和條件控制結(jié)構(gòu)。3637圖4-8計數(shù)循環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖4-9條件控制結(jié)構(gòu)（1）計數(shù)循環(huán)控制結(jié)構(gòu)依據(jù)計數(shù)器的值來決定循環(huán)次數(shù)，一般為減1計數(shù)器，計數(shù)器減到“0”時，結(jié)束循環(huán)。計數(shù)器初值在初始化設(shè)定。DJNZRn，rel

；以工作寄存器作控制計數(shù)器DJNZdirect，rel

；以直接尋址單元作控制計數(shù)器38公式要改寫為用程序?qū)崿F(xiàn)的形式，用下式表示39圖4-10

求數(shù)據(jù)和的程序框圖例如，計算n個數(shù)據(jù)的和，計算公式為圖4-10

求數(shù)據(jù)和的程序框圖【例4-12】求n個單字節(jié)無符號數(shù)xi的和，xi放在片內(nèi)部RAM50H開始的單元中，n放在R2中，結(jié)果（雙字節(jié)）放在R3R4中。40ADD1：

MOV R2，#n ；加法次數(shù)n送R2 MOVR3，#0 ；R3存放和的高8位，初始值為0 MOVR4，#0 ；R4存放和的低8位，初始值為0 MOVR0，#50H

MOVA，R4 ADD A，@R0 MOVR4，A CLR A

ADDCA，R3 MOVR3，AINC R0 DJNZR2，LOOP；判加法循環(huán)次數(shù)是否已到？

ENDLOOP：計數(shù)控制只有在循環(huán)次數(shù)已知的情況下才適用。當(dāng)循環(huán)次數(shù)未知，不能用循環(huán)次數(shù)來控制，往往需要某種條件來判斷是否應(yīng)該終止循環(huán)。41（2）條件控制結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)見圖4-9。循環(huán)控制中，設(shè)置一個條件，判是否滿足該條件，如滿足，則循環(huán)結(jié)束。如不滿足該條件則循環(huán)繼續(xù)。

MOV R4，#0FFH ；長度計數(shù)器初值送R4 MOVR1，#2FH ；字符串指針初值送R1

INC R4 INC R1 CJNE@R1，#0AH，NEXT；比較，不等則再比較

END42【例4-13】一串字符，放在內(nèi)部RAM30H單元開始的連續(xù)單元中，字符串以0AH為結(jié)束標(biāo)志，測試字符串長度。采用逐個字符依次與“0AH”比較的方法。設(shè)置一個累計字符串長度的計數(shù)器和一個指定字符串的指針。如果與“0AH”不等，則長度計數(shù)器和字符串指針都加1；如果比較相等，則表示該字符為“0AH”，字符串結(jié)束，計數(shù)器值就是字符串的長度。NEXT：上面兩例都為單循環(huán)程序。如果一個循環(huán)程序中包含了其他循環(huán)程序，則稱為多重循環(huán)程序。最常見的多重循環(huán)是軟件延時程序，是常用程序之一。43【例4-14】50ms延時程序。用12MHz晶振時，一個機器周期為1μs，執(zhí)行一條DJNZ指令的時間為2μs?？捎秒p重循環(huán)方