單片機(jī)原理及應(yīng)用

單片機(jī)原理及應(yīng)用課件第一頁，共五十頁，2022年，8月28日§4.1編程的步驟、方法和技巧§4.1.1編程的步驟§4.1.2編程的方法和技巧§4.1.3匯編語言程序的基本結(jié)構(gòu)第二頁，共五十頁，2022年，8月28日§4.1.1編程的步驟一、分析問題二、確定算法三、畫程序流程圖四、編寫程序第三頁，共五十頁，2022年，8月28日一、分析問題對需要解決的問題進(jìn)行分析，以求對問題由正確的理解。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(yùn)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？第四頁，共五十頁，2022年，8月28日二、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，找出最適宜的算法第五頁，共五十頁，2022年，8月28日三、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)計是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。第六頁，共五十頁，2022年，8月28日橢圓框或桶形框：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：表示程序的流向第七頁，共五十頁，2022年，8月28日四、編寫程序用89C51匯編語言編寫的源程序行（一條語句）包括四個部分，也叫四個字段：〔標(biāo)號：〕〔操作碼〕〔操作數(shù)〕；〔注釋〕每個字段之間要用分隔符分隔，而每個字段內(nèi)部不能使用分隔符。可以用作分隔符的符號：空格“”、冒號“：”、、逗號“，”、分號“；”等。例：LOOP：MOVA，#00H；立即數(shù)00H→A第八頁，共五十頁，2022年，8月28日標(biāo)號標(biāo)號是用戶定義的符號地址。一條指令的標(biāo)號是該條指令的符號名字，標(biāo)號的值是匯編這條指令時指令的地址。標(biāo)號由以英文字母開始的1～8個字母或數(shù)字組成，以冒號“：”結(jié)尾。標(biāo)號可以由賦值偽指令賦值，如果沒有賦值，匯編程序把存放該指令目標(biāo)碼第一字節(jié)的存儲單元的地址賦給該標(biāo)號，所以，標(biāo)號又叫指令標(biāo)號。第九頁，共五十頁，2022年，8月28日操作碼操作碼是必不可少的。它用一組字母符號表示指令的操作碼。在89C51中，由89C51的指令助記符組成。第十頁，共五十頁，2022年，8月28日操作數(shù)匯編語言指令可能要求或不要求操作數(shù)，所以這一字段可能有也可能沒有。若有兩個操作數(shù)，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。第十一頁，共五十頁，2022年，8月28日注釋注釋部分不是匯編語言的功能部分，只是用語增加程序的可讀性。良好的注釋是匯編語言程序編寫中的重要組成部分。第十二頁，共五十頁，2022年，8月28日§4.1.2編程的方法和技巧一、模塊化的程序設(shè)計方法二、編程技巧第十三頁，共五十頁，2022年，8月28日一、模塊化的程序設(shè)計方法1、程序功能模塊化的優(yōu)點2、劃分模塊的原則第十四頁，共五十頁，2022年，8月28日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(kuò)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。第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日2、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。第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日二、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。第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日§4.1.3匯編語言程序的基本結(jié)構(gòu)一、順序程序二、分支程序三、循環(huán)程序第十八頁，共五十頁，2022年，8月28日一、順序程序順序程序是最簡單的程序結(jié)構(gòu)，即順序結(jié)構(gòu)。程序按順序一條一條地執(zhí)行指令。第十九頁，共五十頁，2022年，8月28日二、分支程序程序分支是通過條件轉(zhuǎn)移指令實現(xiàn)的，即根據(jù)條件對程序的執(zhí)行進(jìn)行判斷、滿足條件則進(jìn)行程序轉(zhuǎn)移，不滿足條件就順序執(zhí)行程序。分支程序又分為單分支和多分支結(jié)構(gòu)。多分支程序是首先把分支程序按序號排列，然后按序號值進(jìn)行轉(zhuǎn)移。第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日二、分支程序在MCS-51指令系統(tǒng)中，通過條件判斷實現(xiàn)單分支程序轉(zhuǎn)移的指令有：JZ、JNZ、CJNE、DJNZ等。此外還有以位狀態(tài)作為條件進(jìn)行程序分支的指令，如JC、JNC、JB、JNB、JBC等。使用這些指令可以完成0、1、正、負(fù)，以及相等、不相等作為各種條件判斷依據(jù)的程序轉(zhuǎn)移。結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。例子如例4-1所示。第二十一頁，共五十頁，2022年，8月28日例4-1例4-1：128種分支轉(zhuǎn)移程序。功能：根據(jù)入口條件轉(zhuǎn)移到128個目的地址。入口：（R3）=轉(zhuǎn)移目的地址的序號00H～7FH。出口：轉(zhuǎn)移到相應(yīng)子程序入口。128個子程序首址JMP_128：MOVA，R3RLAMOVDPTR，#JMPTABJMP@A+DPTRJMPTAB：AJMPROUT00AJMPROUT01┇┇AJMPROUT7F第二十二頁，共五十頁，2022年，8月28日二、分支程序說明：此程序要求128個轉(zhuǎn)移目的地址（ROUT00～ROUT7FH）必須駐留在與絕對轉(zhuǎn)移指令A(yù)JMP相同的一個2KB存儲區(qū)內(nèi)。RL指令對變址部分乘以2，因為每條AJMP指令占兩個字節(jié)。第二十三頁，共五十頁，2022年，8月28日圖4-1分支程序結(jié)構(gòu)散轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)向0分支轉(zhuǎn)向1分支轉(zhuǎn)向n-1分支轉(zhuǎn)向n分支K=0K=1K=n-1K=n┅┅┅第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日三、循環(huán)程序在程序運(yùn)行時，有時需要連續(xù)重復(fù)執(zhí)行某段程序，可以使用循環(huán)程序。其結(jié)構(gòu)包括四部分：1、置循環(huán)初值2、循環(huán)體（循環(huán)工作部分）3、修改控制變量4、循環(huán)控制部分其組織方式如圖4-2所示。第二十五頁，共五十頁，2022年，8月28日1、置循環(huán)初值對于循環(huán)程序中所使用的工作單元，在循環(huán)開始時應(yīng)置初值。例如，工作寄存器設(shè)置計數(shù)初值，累加器A清0，以及設(shè)置地址指針、長度等。第二十六頁，共五十頁，2022年，8月28日2、循環(huán)體（循環(huán)工作部分）重復(fù)執(zhí)行的程序段部分，分為循環(huán)工作部分和循環(huán)控制部分。循環(huán)控制部分每循環(huán)一次，檢查結(jié)束條件，當(dāng)滿足條件時，就停止循環(huán)，往下繼續(xù)執(zhí)行其他程序第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日3、修改控制變量在循環(huán)程序中，不許給出循環(huán)結(jié)束條件。常見的是計數(shù)循環(huán)，當(dāng)循環(huán)了一定的次數(shù)后，就停止循環(huán)。在單片機(jī)中，一般用一個工作寄存器Rn作為計數(shù)器，對該計數(shù)器賦初值作為循環(huán)次數(shù)。每循環(huán)一次，計數(shù)器的值減1，即修改循環(huán)控制變量，當(dāng)計數(shù)器的置件為0時，就停止循環(huán)。第二十八頁，共五十頁，2022年，8月28日4、循環(huán)控制部分根據(jù)循環(huán)結(jié)束條件，判斷是否結(jié)束循環(huán)。89C51可采用DJNZ指令來自動修改控制變量并能結(jié)束循環(huán)。第二十九頁，共五十頁，2022年，8月28日置初值循環(huán)體循環(huán)修改循環(huán)控制退出循環(huán)未完完（a）置初值循環(huán)體循環(huán)修改循環(huán)控制退出循環(huán)未完完（b）圖4-2循環(huán)組織方式流程圖第三十頁，共五十頁，2022年，8月28日§4.2匯編語言源程序的編輯和匯編§4.2.1源程序編輯§4.2.2源程序的匯編§4.2.3偽指令第三十一頁，共五十頁，2022年，8月28日§4.2.1源程序編輯在微型計算機(jī)上，借助編輯軟件，編寫或修改匯編語言源程序。如行編輯或屏幕編輯軟件。第三十二頁，共五十頁，2022年，8月28日§4.2.2源程序的匯編匯編：將匯編語言源程序轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼表示的目標(biāo)程序的過程。對單片機(jī)有：一、手工匯編二、機(jī)器匯編三、反匯編第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日一、手工匯編通過手工方式查指令編碼表，逐個把助記符指令“翻譯”成機(jī)器碼，然后把得到的機(jī)器碼程序鍵入單片機(jī)，進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。手工匯編的缺點：1、偏移量的計算容易出錯2、程序的修改會引起后面指令地址的變化，轉(zhuǎn)移指令的偏移量也要重新計算。第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日二、機(jī)器匯編機(jī)器匯編是在計算機(jī)上使用交叉匯編程序進(jìn)行源程序的匯編。匯編工作由機(jī)器自動完成，最后得到以機(jī)器碼表示的目標(biāo)程序。第三十五頁，共五十頁，2022年，8月28日三、反匯編將二進(jìn)制機(jī)器語言程序翻譯成匯編語言程序的過程稱反匯編。匯編和反匯編的過程如圖4-3所示。第三十六頁，共五十頁，2022年，8月28日源程序（匯編語言）目標(biāo)碼（機(jī)器語言）匯編（匯編程序）反匯編（匯編程序）圖4-3匯編和反匯編過程第三十七頁，共五十頁，2022年，8月28日§4.2.3偽指令偽指令不是真正的指令，無對應(yīng)的機(jī)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。第三十八頁，共五十頁，2022年，8月28日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。第三十九頁，共五十頁，2022年，8月28日END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。第四十頁，共五十頁，2022年，8月28日EQU賦值命令格式：字符名稱EQU項（數(shù)或匯編符號）功能：把“項”賦給“字符名稱”。注意：字符名稱不等于標(biāo)號（其后沒有冒號）；其中的項，可以是數(shù)，也可以是匯編符號。EQU賦值過的符號名可以用作數(shù)據(jù)、代碼地址、位地址或一個立即數(shù)?？梢允?位的，也可以是16位的。例如：第四十一頁，共五十頁，2022年，8月28日EQU賦值命令例1：AAEQUR1MOVA，AA；AA代表工作寄存器R1例2：A10EQU10DELYEQU07EBHMOVA，A10；A10作為片內(nèi)的一個直接地址LCALLDELY；DELY作為一個16位子程序的入口地址第四十二頁，共五十頁，2022年，8月28日DATA數(shù)據(jù)地址賦值命令格式：字符名稱DATA表達(dá)式功能：與EQU類似，但有以下差別：1、EQU定義的字符名必須先定義后使用，而DATA定義的字符名可以后定義先使用。2、用EQU偽指令可以把一個匯編符號賦給一個名字，而DATA只能把數(shù)據(jù)賦給字符名。3、DATA語句可以把一個表達(dá)式的值賦給字符名稱，其中的表達(dá)式應(yīng)是可求值的。DATA偽指令在程序中用來定義數(shù)據(jù)地址第四十三頁，共五十頁，2022年，8月28日DB定義字節(jié)命令格式：DB（項或項表）功能：通知匯編程序從當(dāng)前ROM地址開始，保留一個字或字節(jié)串的存儲單元，并存入DB后的數(shù)據(jù)。注意：項或項表可以是一個字節(jié)，用逗號隔開的字節(jié)串或括在單引號中的ASCII字符串。例如：第四十四頁，共五十頁，2022年，8月28日DB定義字節(jié)命令

ORG2000HDB0A3HLIST：DB26H，03HSTR：DB‘ABC’┇經(jīng)匯編后（2000H）=A3H，（2001H）=26H，（2002H）=03H，（2003H）=41H，（2004H）=42H，（2005H）=43H，（41H，42H，43H分別為A，B，C的ASCII碼）第四十五頁，共五十頁，2022年，8月28日DW定義字命令格式：DW16位數(shù)據(jù)項或項表功能：把DW后的16位數(shù)據(jù)項或項表從當(dāng)前地址連續(xù)存放。每項數(shù)值為16位二進(jìn)制數(shù)，高8位先放，低8位后存放。DW用于定義一個地址表。例如：第四十六頁，共五十頁，2022年