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单片机原理接口及其应用

单片机原理接口及其应用. (Principle and Application of Single Chip Microcomputer). 第 1 章 概述 第 2 章 MCS-51 单片机硬件结构 第 3 章 MCS-51 寻址方式和指令系统 第 4 章 MCS-51 汇编程序设计 第 5 章 中断系统 第 6 章 定时器 / 计数器及串行口 第 7 章 存储器扩展 第 8 章 接口电路扩展 第 9 章 应用举例. 4.1 汇编语言基本概念 4.2 汇编语言程序设计. 第 4 章 MCS-51 汇编程序设计 . 4.1.1 程序设计语言

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单片机原理接口及其应用

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  1. 单片机原理接口及其应用 (Principle and Application of Single Chip Microcomputer)

  2. 第1章 概述 第2章 MCS-51单片机硬件结构 第3章 MCS-51寻址方式和指令系统 第4章MCS-51汇编程序设计 第5章 中断系统 第6章 定时器/计数器及串行口 第7章 存储器扩展 第8章 接口电路扩展 第9章 应用举例

  3. 4.1 汇编语言基本概念 4.2 汇编语言程序设计 第4章 MCS-51汇编程序设计

  4. 4.1.1 程序设计语言 4.1.2 汇编语言的语句结构 4.1.3 伪指令 4.1 汇编语言基本概念

  5. 程序设计语言的结构及其功能可以分为三种： 1．机器语言：机器语言是用二进制代码0和1表示指令和数据的最原始的程序设计语言。 机器语言编程困难，一般不再用其编程。 2．汇编语言：在汇编语言中，指令用助记符表示，地址、操作数可用标号、符号地址及字符等形式来描述。 比机器语言编程方便，但要熟悉机器硬件结构、指令系统才能用好它。 汇编语言与机器语言一样是面向机器的，无通用性。 4.1.1 程序设计语言

  6. 3．高级语言：高级语言是接近于人的自然语言，面向过程而独立于机器的通用语言。3．高级语言：高级语言是接近于人的自然语言，面向过程而独立于机器的通用语言。 近年来单片机也流行采用高级语言编程。 如C51

  7. 1．汇编语言的指令类型 MCS-51单片机汇编语言，包含两类不同性质的指令。 （1）基本指令：即指令系统中的指令。它们都是机器能够执行的指令，每一条指令都有对应的机器代码。 （2）伪指令：汇编时用于控制汇编的指令。它们都不是机器的指令，无机器码产生。 4.1.2 汇编语言的语句结构

  8. 2．汇编语言的语句格式 汇编语言源程序是由汇编语句（即指令） 组成的。汇编语言一般由四部分组成。 其典型的汇编语句格式如下： 标号： 操作码 操作数 ；注释 START： MOV A，30H ；A←（30H）

  9. START: MOV A, #0 ; 赋初值 (4-1) (p.69) MOV R1, #10 ；计数器赋初值 MOV R2, #00000011B LOOP: ADD A, R2 ；累加 DJNZ R1, LOOP HERE: SJMP HERE 标号：即符号地址，需要时加上。标号后加冒号；标号由字母开头（1－8字符），标号不能与指令助记符、预定义符号相同。 操作数：数值操作数，根据需要可用16进制 (后缀H)、10进制、二进制 (后缀B) 表示。16进制数以A~F开头时，前面要加’0’。 $符号的使用：程序最后一句可用 SJMP $ 代替。 注释：以分号开头，根据需要对于指令的作用加以解释。

  10. 用汇编语言编写的程序必须经汇编（翻译）成机用汇编语言编写的程序必须经汇编（翻译）成机 器代码，单片机才可运行它。为了控制汇编程序如何 完成源程序的汇编过程并产生目标程序，需要在源程 序中加入汇编控制命令，即伪指令。 1．ORG ：汇编起始地址命令 用来说明ORG指令以下程序段在存储器中存放的起始地址。 例如 ORG 1000H START： MOV A，#20H MOV B，#30H ┇ 一个程序中可多次使用ORG指令，地址要由小到大 排列。 4.1.3 伪指令

  11. 2．EQU ：赋值命令 给标号赋予一个确定的数值。其它语句可以引用这 个标号 TTY EQU 1080H 3．DB ：定义数据字节命令 把数据以字节的形式存放在连续存储单元中。 ORG 1500H HERE: DB 56H，0A7H，35，‘A’ (1500h 56H A7H 23H 41H) 4．DW ：定义数据字命令 按字的形式把数据存放在连续存储单元中。

  12. ORG 1600H ABC: DW 1234H, 4567H (1600h 12H 34H 45H 67H) 5．DS ：定义存储区命令 从指定的地址单元开始，保留一定数量存储单元。 ORG 1000H BASE: DS 50H 6．BIT：位定义命令 赋字符名为某个位地址值。 EA: BIT 0AFH 7．END：汇编结束命令 告知汇编程序源程序结束

  13. 4.2.1 汇编语言程序设计步骤 4.2.2 汇编语言程序的汇编 4.2.3 顺序程序 4.2.4 分支程序 4.2.5 循环程序 4.2.6 子程序 4.2.7 查找程序 4.2.8 码制转换程序 4.2.9 程序举例 4.2 汇编语言程序设计

  14. 1．分析问题 完成什么任务，解决什么问题；已知的数据，运算精度和速度； 2．确定算法 用何种方法解决问题；多个算法的比较；怎样组织数据； 3．设计程序流程图 把算法和解决问题的步骤具体化；通过流程图掌握程序的总体结构； 4.2.1 汇编语言程序设计步骤

  15. 4．分配内存单元和I/O端口地址 片内RAM划分：工作寄存器组；堆栈区；其它暂存区和缓冲区等；片外RAM; 确定各I/O端口的地址 5．编写汇编语言源程序 按流程图编写源程序；程序通常由主程序、子程序、中断服务程序等构成。 6．调试程序 对程序的各个部分分别调试；有些还要与硬件系统连接后调试； 切记：编程不易，调试更难。 只有掌握了程序的调试、测试才算会编程。

  16. 汇编语言源程序翻译成机器代码的过程称为“汇编”汇编语言源程序翻译成机器代码的过程称为“汇编” 1. 手工汇编 通过查指令代码将指令逐条翻译成机器代码并输入到 单片机中。这种方法要求自行按绝对地址定位指令，并计 算偏移量。工作量大、繁琐、易错，修改不易，已被机器 汇编取代。 2. 机器汇编 在系统机上用相应的汇编程序对源程序文件（*.asm) 自动翻译。由于使用不同种类的计算机进行汇编工作，称 为交叉汇编 (汇编后的机器代码不能直接在系统机上运行)。 机器汇编三步骤：（1）编辑输入源程序；（2）机器汇编； （3）下载机器代码并运行调试。 4.2.2 汇编语言程序的汇编

  17. 例4-2 (p.75) 地址 机器码 行号 源程序 LOC OBJ LINE SOURCE 0000 1 ORG 0H 0000 020020 2 LJMP 20H 0020 3 ORG 20H 0020 7408 4 START: MOV A, #8 0022 75F076 5 MOV B, #76H 0025 25E0 6 ADD A, Acc 0027 25F0 7 ADD A, B 0029 80FE 8 SJMP $ 9 END 2000-(2009+2)=FFF5

  18. 顺序程序是一种最简单，最基本的程序。 特点：程序按编写的顺序依次往下执行每一 条指令，直到最后一条。 【例4.1】 将30H单元内的两位BCD码拆开并 转换成ASCII码，存入RAM两个单元中(低位 在31H，高位在32H）。 程序流程如图4-1所示。 4.2.3 顺序程序

  19. 开始 取数据低4位 转换成ASCII码 存ASCII码 取数据高4位 转换成ASCII码 存ASCII码 结束 图4-1 拆字程序流程图

  20. 参考程序如下： ORG 2000H MOV A，30H ；取数 ANL A，#0FH ；取低4位 ADD A，#30H ；转换成ASCII码 MOV 31H，A ；保存结果 MOV A，30H ；取数 SWAP A ；高4位与低4位互换 ANL A，#0FH ；取低4位(原来的高4位) ADD A，#30H ；转换成ASCII码 MOV 32H，A ；保存结果 SJMP $ END

  21. 【例4.2】 设X、Y两个小于10的整数分别存于片内30H、31H单元，试求两数的平方和并将结果存于32H单元。 解：两数均小于10，故两数的平方和可存放于一个字节，可利用乘法指令求平方。 程序流程如图4-2所示。

  22. 开始 取数据X 求X2 暂存X2 取数据Y 求Y2 求X2+Y2 保存平方和 结束 图4-2 例4.2程序流程图

  23. 参考程序如下： ORG 2000H MOV A，30H ；取30H单元的数据X MOV B，A ；将X送入B寄存器 MUL AB ；求X2，结果在累加器中 MOV R1，A ；将结果暂存于R1寄存器中 MOV A，31H ；取31H单元数据Y MOV B，A ；将Y送入B寄存器 MUL AB ；求Y2，结果在累加器中 ADD A，R1 ；求X2+ Y2 MOV 32H，A ；保存结果 SJMP $ ；暂停 END

  24. 1．分支程序的基本形式 分支程序有三种基本形式，如图4-3所示。 N N 条件满足？ 条件满足？ Y Y B A A （b） （a） K=？ K=0 K=1 … K=n …… A0 A1 An （c） 4.2.4 分支程序 图4-3 分支程序结构流程图

  25. 分支程序的设计要点如下： （1）先建立可供条件转移指令测试的条件。 （2）选用合适的条件转移指令。 （3）在转移的目的地址处设定标号。 2．双向分支程序设计举例 【例4.3】(4-12) 求符号函数的值 (p.88) 1 X > 0 Y = 0 X = 0 －1 X < 0 解：X为有符号数，存在40H单元。Y存在41H单元。 程序流程如图4-4所示。

  26. 图4-4 例4.3程序流程图

  27. 参考程序如下： ORG 1000H MOV A, 40H ; 取数 CJNE A, #0, NZEAR ; 非零，转 AJMP NEGT ;(A)=0，转存结果 NZEAR: JNB ACC.7，POSI ; (A)>0，转 MOV A, #81H（原码）; A ← -1 AJMP NEGT POSI: MOV A, #1H ; A ← 1 NEGT: MOV 41H, A ; 存结果 SJMP ＄ ; 暂停 END

  28. 3．多向分支程序设计举例 【例4.4】(4-13) 根据R2的值转向n个分支程序。(p.90) (R2)=0，转向PRG0； （LJMP PRG0） (R2)=1，转向PRG1； （LJMP PRG1） ┇ (R2)=n，转向PRGN； （LJMP PRGN） 解：利用JMP @A+DPTR 指令直接给PC赋值，使程序实现转移。

  29. 参考程序如下： JMP6: MOV DPTR，#TAB5 ; 转移指令表首地址 MOV A，R2 ; 取分支转移参量送A MOV B，#3 ; 乘数3送B (3字节指令） MUL AB ; 形成转移偏移量 MOV R6, A ; 暂存偏移量低8位 MOV A, B ; A←偏移量高8位 ADD A, DPH MOV DPH, A ; 加到DPH中 MOV A, R6 ; 取回偏移量低8位 JMP @A+DPTR ; 分支跳转[PC ← (A)+(DPTR)] ┇ TAB5: LJMP PRG0 ; 转移指令表 LJMP PRG1 ┇ LJMP PRGn

  30. 【例4.5】(4-14)根据（31H 30H）的内容决定程序流向 (31H)<80 (p.90) JMP6: MOV DPTR，#TAB6 ; 转移指令表首地址 MOV A，30H ; 取低字节分支转移参量送A MOV B，#3 ; 乘数3送B (3字节指令） MUL AB ; 形成低字节转移偏移量 MOV R3, A ; 暂存 MOV A, B ; A←低字节偏移量高8位 ADD A, DPH MOV DPH, A ; 加到DPH中 MOV A, 31H ; 取高字节分支转移参量送A MOV B，#3 ; 乘数3送B (3字节指令） MUL AB ; 形成高字节转移偏移量 ADD A, DPH ; 加入DPH MOV DPH, A

  31. MOV A , R3 ; 取回低字节偏移量低8位 JMP @A+DPTR ; 分支跳转[PC ← (A)+(DPTR)] ┇ TAB6: LJMP PRG0 ; 转移指令表 LJMP PRG1 ┇ LJMP PRGn

  32. 1．循环程序的结构 初始化 初始化 循环控制 (某种条件） 修改循环参数 循环体 Y 循环结束？ 修改循环参数 N 循环结束？ 循环体 N 循环控制 (计数器） Y 结束部分 结束部分 结束 （b）直到型循环结构 （a）当型循环结构 开始 结束 开始 4.2.5 循环程序 图4-6 循环结构程序流程图

  33. ☆循环程序一般包括如下四个部分： （1）初始化 （2）循环体 （3）循环控制 （4）结束 ☆循环程序按结构形式，有单重循环与多重循环。 ☆在多重循环中，只允许外重循环嵌套内重循环。 ☆不允许循环相互交叉，也不允许从循环程序的外部跳入循环程序的内部（如图4-7所示）。

  34. 外循环 外循环 外循环 中循环 内循环 内循环 内循环 内循环 （c）交叉不正确 （b）嵌套正确 （a）嵌套正确 图4-7 多重循环示意图

  35. 2．循环程序设计举例 【例4.6】（4-15）有一单字节数据块从片内RAM的50H单元开始存放，共20个单元，求其累加和（存放在R3R4中）。(p.93) 解：此题设置一个计数器R2控制循环次数，每处理完一个数据，计数器减1。

  36. 参考源程序如下： ORG 2000H ADD1: MOV R2，#20 ; 计数器初值送R2 MOV R3，#0 MOV R4, #0 ; 部分和清零 MOV R0, #50H ; R0指向数据块首址 LOOP: MOV A, R4 ; 部分和低位 ADD A, @R0 ; 加上新数据低8位 MOV R4, A CLR A ADDC A, R3 ; 加进位到部分和高8位 MOV R3, A INC R0 ; 修改指针至下一个单元 DJNZ R2, LOOP ; 求和未完，继续 SJMP $ ; 暂停 END

  37. 【例4.7】（4-16）有一字符串，依次放在内部RAM从30H开始的单元中。字符串以0AH作为结束标志，编写测试字符串长度的程序。(p.93)【例4.7】（4-16）有一字符串，依次放在内部RAM从30H开始的单元中。字符串以0AH作为结束标志，编写测试字符串长度的程序。(p.93) 解：本题不能用计数器来控制循环的结束。只能采用寻找终止符的方法控制循环。

  38. ORG 0030H ST: MOV R4, #0FFH ; 字符长度计数初值 MOV R1, #2FH ; 字符串指针初值 NEXT: INC R4 ; 字符长度加1 INC R1 ; 指向下一字符 CJNE @R1,#0AH,NEXT; 未到字符串结束处，转回 SJMP $ END ST: MOV R4, #0 ; 字符长度计数初值 MOV R1, #30H ; 字符串指针初值 AGAIN: CJNE @R1, #0AH, NEXT ；未到字符串结束处 SJMP STOP NEXT： INC R4 ; 字符长度加1 INC R1 ; 指向下一字符 SJMP AGAIN STOP： SJMP $ END

  39. ｝ 【例4.8】（4-17）50ms延时程序 （多重循环）(p.94) 用12MHz晶振时，一个机器周期1us。软件用循环实现延时。 DEL: MOV R7, #200 ; 1us DEL1: MOV R6, #125 ; 1us DEL2: DJNZ R6, DEL2 ; 2 us [125×2＝250 us] DJNZ R7, DEL1 ; 2us [(250＋1＋2)×200＝50600 us] RET ; 2us 延时计算: 1＋50600＋2＝50603 us

  40. 精确一些的程序 DEL: MOV R7, #200 ; 1us DEL1: MOV R6, #123 ; 1us NOP ; 1us DEL2: DJNZ R6, DEL2 ; 2us， (123×2＝246 us) DJNZ R7, DEL1 ; 2us [(246+4)×200＝50000 us] RET ; 2us 延时计算: 1＋50000＋2＝50003 us=50.003ms

  41. 1．子程序概念 完成某一专门功能的独立程序段，具有通用性。 被其它程序调用。 调用子程序，即暂时中断主程序的执行而转到子 程序的入口地址去执行子程序。如图4-9所示。 SUB: ….. LCALL SUB RET 4.2.6 子程序 图4-9 子程序的调用与返回

  42. 编写子程序应注意： （1）子程序第一条指令前加标号，称为入口地址。 （2）注意保护所用的寄存器（一般用堆栈）。 （3）返回处放RET。 （4）子程序说明（入口参数，出口参数）。 调用子程序应注意： （1）子程序占用的存储单元和寄存器。 （2）参数的传递（主程序到子程序）。 （3）获取子程序的结果（子程序到主程序）  （4）嵌套调用与递归调用。如图4-10所示。

  43. LCALL A LCALL B RET RET 图4-10 子程序的嵌套调用与返回

  44. 2. 子程序基本结构： MAIN: ┇ ; 主程序或调用程序 LCALL SUB ；调子程序 ┇ SUB: PUSH PSW ；保护现场 PUSH A 子程序主体部分 POP A ；恢复现场 POP PSW RET ；返回指令

  45. 3. 子程序调用过程： 子程序调用指令 LCALL label, 子程序可在64k空间任意放置 ACALL label，子程序首址与调用指令下一条指令地址位于同一个2k区内。 （1）子程序调用发生时，主程序暂时中止运行。硬件自动把调用指令的下一条指令地址压入堆栈。 （2）硬件将子程序首址装入PC, 子程序开始运行。 （3）子程序保护现场。 （4）子程序主体工作。 （5）子程序恢复现场。 （6）RET指令将压栈的主程序地址弹出，主程序从断点处重新运行。

  46. 4．子程序设计举例 【例4.9】(4-3) 单字节有符号数加减法子程序 (p.78) 功能: (R2)±(R3)→R7, 溢出时OV置位。R2, R3放有符号原码数, R7放带符号原码数。 符号数加法：进行补码加法。加数(减数)，被加数(被减数)用补 码表示。 11H+22H = (11H)补+(22H)补 = 33H 11H+(-22H) = (11H)补+ (A2H)补= (11H+DEH)补= (EFH)补=91H -11H+22H = (91H)补+ (22H)补= (EFH+22H)补= (11H)补=11H 符号数减法：减法改做加法，减数符号位取反即可。 11H-22H = 11H+A2H = (11H)补+ (A2H)补 = (11H+DEH)补 = (EFH)补 = 91H

  47. SUB1: MOV A, R3 ; 取减数 (减法子程序入口) CPL ACC.7 ; 符号位取反, 减法改做加法 MOV R3, A ADD1: MOV A, R3 ;加数(减数)求补码 (加法子程序入口） ACALL CMPT MOV R3, A MOV A, R2 ; 被加数（被减数）求补码 ACALL CMPT ADD A, R3 ; 补码加 JB OV, OVER ; 溢出返回 ACALL CMPT ; 结果转回原码 MOV R7, A ; 存结果 OVER: RET

  48. （4－11）（p.87） CMPT: JNB ACC.7, RETURN ; (A) > 0, 退出 MOV C, ACC.7 ; 保存符号 MOV F0, C CPL A ADD A, #1 ; 求补码 MOV C, F0 MOV ACC.7, C ; 恢复符号 RETURN: RET ----------------------------------------------------------- MAIN: MOV R2, #11H MOV R3, #22H LCALL SUB1 ; (R7)=91H (-11H) MOV R2, #11H MOV R3, #A2H ; A2H= -22H LCALL ADD1 ; (R7)=91H (-11H)

  49. 【例4.10】(4-4 p.78) 4位BCD码减法子程序(被减数 > 减 数)。被减数在 51H, 50H 中，减数在 61H, 60H 中，差在 41H, 40H中。 因减法指令后不能用DA A指令进行十进制调整，需用 BCD补码来编程。 BCD补码加子程序 减数在R0指向的单元，被减数在R1指向的单元。 BSUB: MOV A, #9AH SUBB A, @R0 ; 求减数十进制补码 ADD A, @R1 ; 补码加 DA A ; BCD调整 CPL C ; 调整借位 INC R0 INC R1 ; 指向高位字节 RET

  50. 2位十进制数补码加法对进位的影响分析： 被减数－减数＝被减数＋减数的补码 ＝被减数＋(100－减数) ＝(被减数－减数)＋100 当 (被减数－减数) > 0, 上式百位为1, 即 Cy=1, 但此时应没有借位，Cy应该是0； 当 (被减数－减数)≤0, 上式百位为0, 即 Cy=0， 但此时应有借位， Cy应该是1； 可见只要在补码加后，加上CPL C就能得到正确的结 果。

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