第 4 章汇编语言程序设计

第4章汇编语言程序设计

4.1 单片机程序设计语言概述 所谓程序设计，就是按照给定的任务要求，编写出完整的计算机程序。要完成同样的任务，使用的方法或程序并不是唯一的。因此，程序设计的质量将直接影响到计算机系统的工作效率、运行可靠性。

4.1.1 按照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。 • 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。 • 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。

机器语言（Machine Language） 直接用机器码编写程序、能够为计算机直接执行的机器级语言。机器码是一串由二进制代码“0”和“1”组成的二进制数据，其执行速度快，但是可读性极差。机器语言一般只在简单的开发装置中使用，程序的设计、输入、修改和调试都很麻烦。

汇编语言（Assembly Language） 指用指令助记符代替机器码的编程语言。汇编语言程序结构简单，执行速度快，程序易优化，编译后占用存储空间小，是单片机应用系统开发中最常用的程序设计语言。汇编语言的缺点是可读性比较差，只有熟悉单片机的指令系统，并具有一定的程序设计经验，才能研制出功能复杂的应用程序。

高级语言（High-Level Language） 在汇编语言的基础上用自然语言的语句来编写程序，例如PL/M-51、C51等，程序可读性强，通用性好，适用于不熟悉单片机指令系统的的用户。高级语言编写程序的缺点是实时性不高，结构不紧凑，编译后占用存储空间比较大，这一点在存储器有限的单片机应用系统中没有优势。因而，单片机的汇编语言不但不会被高级语言完全取代，甚至还将继续占据重要地位。

4.1.2 汇编语言语句的种类和格式 汇编语言语句有三种基本类型：指令语句、伪指令语句和宏指令语句。指令语句：每一个指令语句都在汇编时产生一个目标代码，对应着机器的一种操作。例如：MOV A，#0 伪指令语句：主要是为汇编语言服务的，在汇编时没有目标代码与之对应。例如：ONE EQU 1 宏指令语句：用以代替汇编语言源程序中重复使用的程序段的一种语句，由汇编程序在汇编时产生相应的目标代码。

汇编语言语句的格式 指令语句和伪指令语句的格式是类似的。指令语句的格式为：【标号】：助记符(操作码）【操作数】；【注释】伪指令语句的格式：名字定义符参数；注释两种语句都由四个部分组成。其中每一部分称为域也称为字段，各字段之间用一个空格或字段定界符分隔，常用的字段定界符有冒号“：” 、逗号“，”和分号“；”。其中方括号括起来的是可选择部分。

4.2 80C51汇编语言程序设计 汇编语言程序设计，就是采用汇编指令来编写计算机程序。要对应用中需使用的寄存器、存储单元、I/O端口等先要作出具体安排。在实际编程中，如何正确选择指令、寻址方式和合理使用工作寄存器，包括数据存储器单元，如何对扩展的I/O端口进行操作等，都是基本的汇编语言程序设计技巧。程序结构一般采用以下三种基本控制结构，即顺序结构、分支结构和循环结构来组成，再加上使用广泛的子程序及中断服务子程序，共有五种基本结构。

4.2.1 顺序程序结构 例 1两个无符号双字节数相加。设被加数存放于内部RAM的40H（高位字节）, 41H（低位字节）, 加数存放于50H（高位字节）, 51H（低位字节）, 和数存入 40H和41H单元中。

程序如下:  • START: CLR C ; 将Cy清零 • MOV R0, ＃41H ; 将被加数地址送数据指针R0 • MOV R1, ＃51H ; 将加数地址送数据指针R1 • AD1: MOV A, @R0 ; 被加数低字节的内容送入A • ADD A,@R1 ; 两个低字节相加 • MOV @R0, A ; 低字节的和存入被加数低字节中 • DEC R0 ; 指向被加数高位字节 • DEC R1 ; 指向加数高位字节 • MOV A, @R0 ; 被加数高位字节送入A • ADDC A, @R1 ; 两个高位字节带Cy相加 • MOV @R0, A ; 高位字节的和送被加数高位字节 • RET

例 2将两个半字节数合并成一个一字节数。  设内部RAM 40H#, 41H单元中分别存放着 8 位二进制数, 要求取出两个单元中的低半字节, 并成一个字节后, 存入 50H单元中。程序如下: • START: MOV R1, ＃40H ; 设置R1为数据指针 • MOV A, @R1 ; 取出第一个单元中的内容 • ANL A, ＃0FH ; 取第一个数的低半字节 • SWAP A ; 移至高半字节 • INC R1 ; 修改数据指针 • XCH A, @R1 ; 取第二个单元中的内容 • ANL A, ＃ 0FH ; 取第二个数的低半字节 • ORL A, @R1 ; 拼字 • MOV 50H, A ; 存放结果 • RET

4.2.2 分支程序设计 分支结构框图 (a) 单分支流程; (b) 多分支流程

例 3 x, y均为8位二进制数, 设 x存入R0, y存入R1, 求解:

程序如下:  START: CJNE R0, ＃00H, SUL1; R0中的数与00比较不等转移 MOV R1, ＃00H; 相等, R1← 0 SJMP SUL2  SUL1: JC NEG ; 两数不等, 若（R0）<0, 转向NEG MOV R1, ＃01H ; （R0）>0, 则 R1←01H SJMP SUL2 NEG: MOV R1, ＃0FFH ; （R0）<0, 则 R1←0FFH SUL2: RET

例 4比较两个无符号数的大小。 设外部 RAM 的存储单元 ST1和 ST2中存放两个不带符号的二进制数, 找出其中的大数存入外部 RAM 中的 ST3单元中。

程序如下： ORG 1000H  ST1 EQU 2000H ST2 EQU 2100H ST3 EQU 2200H START: CLR C ; 清零Cy MOV DPTR, ＃ST1 ; 第一个数的指针 MOVX A, @DPTR ; 取第一个数 MOV R2, A ; 保存 MOV DPTR, ＃ST2 ; 第二个数的指针 MOVX A, @DPTR ; 取第二个数 CLR C

SUBB A, R2; 两数比较 • JNC BIG1 ; 若第二个数大, 则转 • XCH A, R2; 第一个数大 • BIG0: MOV DPTR, ＃ST3  • MOVX @DPTR, A ; 存大数 • AJMP B • BIG1: MOVX A, @DPTR; 第二个数大 • SJMP BIG0 B: RET

4.2.3 循环程序设计 一、循环程序

循环程序一般由四个主要部分组成:  (1) 初始化部分: 为循环程序做准备, 如规定循环次数、给各变量和地址指针预置初值。  (2) 处理部分: 为反复执行的程序段, 是循环程序的实体, 也是循环程序的主体。  (3) 循环控制部分: 这部分的作用是修改循环变量和控制变量, 并判断循环是否结束, 直到符合结束条件时, 跳出循环为止。 (4) 结束部分: 这部分主要是对循环程序的结果进行分析、处理和存放。

例 5 工作单元清零。  在应用系统程序设计时, 有时经常需要将存储器中各部分地址单元作为工作单元, 存放程序执行的中间值或执行结果, 工作单元清零工作常常放在程序的初始化部分中。  设有50个工作单元, 其首址为外部存储器8000H单元, 则其工作单元清零程序如下:

CLEAR: CLR A  MOV DPTR, ＃8000H ; 工作单元首址送指针 MOV R2, #50 ; 置循环次数 CLEAR1: MOVX @DPTR, A INC DPTR ; 修改指针 DJNZ R2, CLEAR1; 控制循环 RET

例 6设在内部 RAM的BLOCK单元开始处有长度为 LEN的无符号数据块, 试编一个求和程序, 并将和存入内部 RAM的 SUM单元（设和不超过 8 位）。 • BLOCK EQU 20H  • LEN EQU 30H • SUM EQU 40H • START: CLR A ; 清累加器A • MOV R2, ＃LEN; 数据块长度送R2 • MOV R1, ＃BLOCK ; 数据块首址送R1 • LOOP: ADD A, @R1 ; 循环加法 • INC R1; 修改地址指针 • DJNZ R2, LOOP ; 修改计数器并判断 • MOV SUM, A; 存和 • RET

二、多重循环 • 例 7 10 秒延时程序。 • 延时程序与 MCS - 51 执行指令的时间有关, 如果使用 12 MHz晶振, 一个机器周期为 1 μs, 计算出一条指令以至一个循环所需要的执行时间, 给出相应的循环次数, 便能达到延时的目的。10 秒延时程序如下:  • DELAY: MOV R5, ＃100 • DEL0: MOV R6, ＃200 • DEL1: MOV R7, ＃248 • NOP • DEL2: DJNZ R7, DEL2 • DJNZ R6, DEL1 • DJNZ R5, DEL0 • RET

上例程序中采用了多重循环程序, 即在一个循环体中又包含了其它的循环程序, 这种方式是实现延时程序的常用方法。使用多重循环时, 必须注意:  (1）循环嵌套, 必须层次分明, 不允许产生内外层循环交叉。 (2）外循环可以一层层向内循环进入, 结束时由里往外一层层退出。  (3）内循环可以直接转入外循环, 实现一个循环由多个条件控制的循环结构方式。

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）嵌套正确多重循环示意图

例8设某系统的模数转换器是ADC0809, 它的转换结束信号 EOC连接到8031 的P1.7端, 当 EOC的状态由低变高时, 则结束循环等待, 并读取转换值, 其程序如下: START: MOV DPTR, ＃addr ; 0809端口地址送DPTR MOV A, ＃00H ; 启动0809转换 MOVX @DPTR, A LOOP: JNB P1.7, LOOP; 检测P1.7状态, 判是否转换结束  MOVX A, @DPTR; 读取转换结果 …

例9在内部 RAM中从 50H单元开始的连续单元依次存放了一串字符, 该字符串以回车符为结束标志, 要求测试该字符串的长度。

ASCII 码表

程序如下:  START: MOV R2, ＃0FFH  MOV R0, ＃4FH ; 数据指针R0置初值 LOOP: INC R0 INC R2 CJNE @R0, ＃0DH, LOOP RET

4.2.4 散转程序设计 散转程序是分支程序的一种, 它可根据运算结果或输入数据将程序转入不同的分支。MCS - 51 指令系统中有一条跳转指令JMP@A+DPTR, 用它可以很容易地实现散转功能。该指令把累加器的 8 位无符号数与 16 位数据指针的内容相加, 并把相加的结果装入程序计数器PC, 控制程序转向目标地址去执行。此指令的特点在于, 转移的目标地址不是在编程或汇编时预先确定的, 而是在程序运行过程中动态地确定的。目标地址是以数据指针 DPTR的内容为起始的 256 字节范围内的指定地址, 即由 DPTR的内容决定分支转移程序的首地址, 由累加器 A的内容来动态选择其中的某一个分支转移程序。

开始 K=？ K=0 K=1 …… K=6 转SUB0 转SUB6 转SUB1 JMP@A+DPTR,

应用举例： 数据排序程序数据的排序，其算法很多，常用的有插入排序法、冒泡排序法、快速排序法、选择排序法、堆积排序法、二路归并排序法及基数排序法等。冒泡法是一种相邻数互换的排序方法，其过程类似水中气泡上浮。执行时从前向后进行相邻数比较，若数据的大小次序与要求的顺序不符时(逆序)，就将二数互换，正序时不交换，假定是升序排序，则通过这种相邻数互换方法，使小数向前移，大数向后移，为此从前向后进行一次冒泡（相邻数互换），就会把最大数换到最后，再进行一次冒泡，就会把次大数排在倒数第二，直至冒泡结束。

说明： ⑴ 每次冒泡都从向后排定了一个大数（升序），每次冒泡所需进行的比较次数都递减，例如有n个数排序，则第一次冒泡需比较（n-1）次，第二次冒泡则需（n-2）次，依此类推，但实际编程中为了简化程序，往往把各次比较次数都固定为（n-1）次。 ⑵ 对于n个数，理论上说应进行（n-1）次冒泡才能完成排序，但实际上往往不到（n-1）次就已排好序。判定排序是否完成的最简单方法是每次冒泡中是否有互换发生，如果有互换发生，说明排序还没完成，否则就表示已排好序，为此控制排序结束常不使用计数方法，而使用设置互换标志的方法，以其状态表示在一次冒泡中有无数据互换进行。

例10. 对从P1口输入的100个0～9的数进行概率统计。统计的数值分别存入20H～29H中。 CLR A ；结果单元20H～29H清零 MOV R0,#10 MOV R1,#20H LP：MOV @R1,A INC R1 DJNZ R0,LP MOV R0,#100 ；100个数的计数器 READ：MOV A,P1 ；读入P1

CHK0：CJNE A,#0,CHK1 ；比较，不为“0”，继续比较 INC 20H ；是“0”，则“0”计数单元加1 SJMP END0 ；是否全部统计完？ CHK1：CJNE A,#1,CHK2 INC 21H ；是“1”，则“1”计数单元加1 SJMP END0 CHK2：CJNE A,#2,CHK3 INC 22H ；是“2”，则“2”计数单元加1 SJMP END0

CHK3：CJNE A,#3,CHK4 INC 23H ；是“3” ，则“3” 计数单元加1 SJMP END0 CHK4：CJNE A,#4,CHK5 INC 24H ；是“4”，则“4”计数单元加1 SJMP END0 CHK5：CJNE A,#5,CHK6 INC 25H ；是“5”，则“5”计数单元加1 SJMP END0

CHK6：CJNE A,#6,CHK7 INC 26H ；是“6”，则“6”计数单元加1 SJMP END0 CHK7：CJNE A,#7,CHK8 INC 27H ；是“7”，则“7”计数单元加1 SJMP END0

CHK8：CJNE A,#8,CHK9 INC 28H ；是“8”，则“8”计数单元加1 SJMP END0 CHK9：CJNE A,#9,ERR INC 29H ；是“9”，则“9”计数单元加1 END0：DJNZ R0,READ ；判是否全部统计完？ HERE：SJMP HERE ERR：… ；非0～9，出错

4.2.5 子程序和参数传递 一、子程序的概念 通常把一些基本操作功能编制为程序段作为独立的子程序, 以供不同程序或同一程序反复调用。在程序中需要执行这种操作的地方放置一条调用指令, 当程序执行到调用指令, 就转到子程序中完成规定的操作, 并返回到原来的程序继续执行下去。

二、子程序的调用 调用子程序的指令有“ACALL”和“LCALL”, 执行调用指令时, 先将程序地址指针PC改变（“ACALL”加 2, “LCALL”加 3）, 然后 PC值压入堆栈, 用新的地址值代替。执行返回指令时, 再将 PC值弹出。  子程序调用中, 主程序应先把有关的参数存入约定的位置, 子程序在执行时, 可以从约定的位置取得参数, 当子程序执行完, 将得到的结果再存入约定的位置, 返回主程序后, 主程序可以从这些约定的位置上取得需要的结果, 这就是参数的传递。

子程序调用与返回过程示意图

在汇编语言源程序中使用子程序时，一般要注意两个问题：参数传递和现场保护。在汇编语言源程序中使用子程序时，一般要注意两个问题：参数传递和现场保护。 1、参数传递一般可采用以下方法： • 传递数据。将数据通过工作寄存器R0～R7或累加器来传送。即主程序和子程序在交接处，上述寄存器和累加器存储的是同一参数。 • 传送地址。数据存放在数据寄存器中，参数传递时只通过R0、R1、DPTR传递数据所存放的地址。 • 通过堆栈传递参数。在调用之前，先把要传送的参数压入堆栈，进入子程序之后，再将压入堆栈的参数弹出到工作寄存器或者其他内存单元。

2、保护现场与恢复现场 在调用子程序时，单片微机只是自动保护断点地址，但由调用程序转入子程序执行时，往往会破坏主程序或调用程序的有关寄存器（如工作寄存器和累加器等）的内容，也很可能破坏程序状态字PSW中的标志位，从而在子程序返回后引起出错。因此，必要时应将这些单元内容保护起来，即保护现场。对于PSW、A、B等可通过压栈指令进栈保护。工作寄存器采用选择不同工作寄存器组的方式来达到保护的目的。一般主程序选用工作寄存器组0，而子程序选用工作寄存器的其它组。当子程序执行完后，即返回主程序时，应先将上述内容送回到来时的寄存器中去，这后一过程称为恢复现场。对于PSW、A、B等内容可通过弹栈指令来恢复。在编写子程序时，还应注意保护（压栈）和恢复（弹出）的顺序，即先压入者后弹出。

【例11】单字节二进制数据转换为BCD码子程序SBTOD。【例11】单字节二进制数据转换为BCD码子程序SBTOD。功能：将单字节二进制数转换为三位BCD码。入口：R2中存放要转换的二进制数。出口：(R0)给出百位BCD码的存放地址。(R0)+1给出十位和个位BCD码的存放地址，高半字节放十位，低半字节放个位。占用寄存器：A，B，R0，R2。 A累加器的内容不受影响。

SBTOD： MOV SP，#60H PUSH ACC MOV A，R2 ；取数 MOV B，#64H DIV AB ；除以100，(A)为百位数 MOV @R0，A ；存人(R0)单元 MOV A，#0AH XCH A，B ；余数(B)送A DIV A，B ；除以10，得十位和个位 SWAP A ；十位数放于高半字节 ADD A，B ；个位数放于低半字节 INC R0 MOV @R0，A ；个位存入(R0)+1单元 POP ACC RET

【例12】求两个无符号数据块中的最大值。数据块的首地址分别为60H和70H，每个数据块的第一个字节都存放数据块的长度，结果存入5FH单元。解本例可采用分别求出两个数据块的最大值，然后比较其大小的方法，求最大值的过程可采用子程序。子程序名称：QMAX。子程序入口条件：R1中存有数据块首地址。出口条件：最大值在A中。下面分别编写主程序和子程序。

ORG 2000H MOV SP，#2FH ；设堆栈指针 MOV R1，#60H ；取第一数据块首地址送R1中 ACALL QMAX ；第一次调用求最大值子程序 MOV 40H，A ；第一个数据块的最大值暂存40H MOV R1，#70H ；取第二数据块首地址送R1中 ACALL QMAX ；第二次调用求最大值子程序 CJNE A，40H，NEXT ；两个最大值进行比较 NEXT： JNC LP ；A大，则转LP MOV A，40H ；A小，则把40H中内容送人A LP： MOV 5FH，A SJMP ＄主程序：

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