单片机原理及应用04第四章程序设计.ppt

4.1概述4.2简单程序设计4.3分支程序设计4.4循环程序设计4.54.6子程序设计与堆栈技术4.7实用汇编子程序举例,04第四章,4.1概述,单片机程序设计语言主要有三类：机器语言、汇编语言和高级语言。机器语言（MachineLanguage）是指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，在实训1和实训3中直接固化或输入的程序都是机器语言程序。,汇编语言（AssemblyLanguage）是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，实训4中的3个程序都是用汇编语言设计的。高级语言（High-LevelLanguage）是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、FranklinC51、MBASIC51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。目前，大多数用户仍然使用汇编语言进行单片机应用系统的软件设计，本章将介绍MCS-51单片机汇编语言的程序设计方法。单片机汇编语言程序设计的基本步骤如下：(1)题意分析。熟悉并了解汇编语言指令的基本格式和主要特点，明确被控对象对软件的要求，设计出算法等。(2)画出程序流程图。编写较复杂的程序，画出程序流程图是十分必要的。程序流程图也称为程序框图，是根据控制流程设计的，它可以使程序清晰，结构合理，便于调试。,(3)分配内存工作区及有关端口地址。分配内存工作区，要根据程序区、数据区、暂存区、堆栈区等预计所占空间大小，对片内外存储区进行合理分配并确定每个区域的首地址，便于编程使用。(4)编制汇编源程序。(5)仿真、调试程序。(6)固化程序。,4.2简单程序设计,简单程序也就是顺序程序，实训4中的程序1就是顺序程序结构，它是最简单、最基本的程序结构，其特点是按指令的排列顺序一条条地执行，直到全部指令执行完毕为止。不管多么复杂的程序，总是由若干顺序程序段所组成的。本节通过实例介绍简单程序的设计方法。例4.14字节（双字）加法。将内部RAM30H开始的4个单元中存放的4字节十六进制数和内部RAM40H单元开始的4个单元中存放的4字节十六进制数相加，结果存放到40H开始的单元中。,例4.1题意分析示意图,(1)题意分析。题目的要求如图所示。,ORG0000HMOVA,30HADDA,40HMOV40H,A；最低字节加法并送结果MOVA,31HADDCA,41HMOV41H,A；第二字节加法并送结果,(2)汇编语言源程序。按照双字节加法的思路，实现4字节加法的源程序如下：,MOVA,32HADDCA,42HMOV42H,A；第三字节加法并送结果MOVA,33HADDCA,43HMOV43H,A；第四字节加法并送结果，进位位在CY中END,显然，上面程序中，每一步加法的步骤很相似，因此我们可以采用循环的方法来编程，使得源程序更加简洁，结构更加紧凑。用循环方法编制的源程序见习题4.3题。例4.2数据拼拆程序。将内部RAM30H单元中存放的BCD码十进制数拆开并变成相应的ASCII码，分别存放到31H和32H单元中。(1)题意分析。题目要求如图所示。,例4.2题意分析示意图,本题中，首先必须将两个数拆开，然后再拼装成两个ASCII码。数字与ASCII码之间的关系是：高4位为0011H，低4位即为该数字的8421码。(2)汇编语言源程序。源程序如下：ORG0000HMOVR0,#30HMOVA,#30HXCHDA,R0；A的低4位与30H单元的低4位交换MOV32H,A；A中的数值为低位的ASCII码,MOVA,R0SWAPA；将高位数据换到低位ORLA,#30H；与30H拼装成ASCII码MOV31H,AEND,4.3分支程序设计,4.3.1分支程序实例1两分支程序设计例4.3两个无符号数比较（两分支）。内部RAM的20H单元和30H单元各存放了一个8位无符号数，请比较这两个数的大小，比较结果显示在实训的实验板上：若(20H)(30H)，则P1.0管脚连接的LED发光；若(20H)(30H)，则P1.1管脚连接的LED发光。,(1)题意分析。本例是典型的分支程序，根据两个无符号数的比较结果（判断条件），程序可以选择两个流向之中的某一个，分别点亮相应的LED。比较两个无符号数常用的方法是将两个数相减，然后判断有否借位CY。若CY=0，无借位，则XY；若CY=1，有借位，则X9，必须再减7SUBBA,#07HSJMPFINISHSB10:MOVA,BFINISH:POPB；恢复现场POPPSWRET,例4.15二进制数转换为ASCII码，将累加器A中的一位16进制数（A中低4位，x0HxFH）转换成ASCII码，还存放在累加器A中。汇编语言源程序如下：；程序名：BINASC；功能：二进制数转换为ASCII码；;入口参数：要转换的二进制数存在A中；出口参数：转换后的ASCII码存放在A中BINASC:PUSHPSW；保护现场ANLA,#0FH；屏蔽掉高4位PUSHACC；将A暂存堆栈中CLRC；清CY,SUBBA,#0AH；A-10JCLOOP；判断有否借位POPACC；如果没有借位，表示A10ADDA,#37HSJMPFINISHLOOP:POPACC；否则A10ADDA,#30HFINISH:POPPSWRET,4.7.2算术运算子程序单片机指令系统中只提供了单字节二进制数的加、减、乘、除指令，对于多字节数和BCD码的四则运算则必须由用户自己编程实现。例4.1给出了多字节无符号数加法程序，这里再提供一些简单的算术运算的子程序。例4.16单字节十进制数（BCD码）减法程序。已知工作寄存器R6、R7中有两个BCD数，R6中的数作为被减数，R7中的数作为减数，计算两数之差，并将差值存入累加器A中。,(1)题意分析。单片机指令系统中没有十进制减法调整指令，因此我们采用BCD补码运算法则，把减法转换为加法：被减数-减数被减数+减数的补数然后对加法结果进行十进制加法调整。操作步骤如下：求BCD减数的补数公式：9AH-减数。这里的9AH代表两位BCD码的模100。被减数加上减数的补数。对第步的加法之和进行十进制加法调整，调整结果即为所求的减法结果。,(2)汇编语言源程序。；程序名：BCDSUB；功能：单字节十进制数（BCD码）减法；入口参数：被减数存放在R6中，减数存放在R7中；出口参数：差数存放在累加器A中BCDSUB:CLRCMOVA,#9AH；两位BCD模ASUBBA,R7；求减数的补数A,ADDA,R6；被减数+减数的补数ADAA；十进制加法调整CLRC；想一想为什么？RET例4.17双字节无符号数乘法。设被乘数存放在R2、R3寄存器中，乘数存放在R6、R7中，乘积存放在以R0内容为首地址的连续4个单元内。(1)题意分析。我们先用一个具体例子来分析乘法的具体过程：设被乘数=6，乘数=5，相乘公式如下：,110（b2b1b0）101（c2c1c0）110000+11011110把乘数(c=c2c1c0=101)的每一位分别与被乘数(b=b2b1b0=110)相乘，操作过程如下：相乘的中间结果称为部分积，假设为x，y（x保存低位，y保存高位），预设CY=0，x=0，y=0。,c0=1，x=x+b=b2b1b0。x、y右移一位，CYxyCY，把x的低位移入y中，则x=0b2b1，y=b0。c1=0，x=x+000。(5)CYxyCY，x=00b2，y=b1b0。c2=1，x=x+b=00b2+b2b1b0=111，CY=0，y=b1b0=10。右移一次：CYxyCY。乘数的每一位都计算完毕，x和y中的值合起来即为所求乘积。,由以上分析可见，对于三位二进制乘法，部分积x、y也是三位的，这种方法称为部分积右移计算方法。部分积右移算法归纳如下：将存放部分积的寄存器清0，设置计数位数，用来表示乘数位数。从最低位开始，检验乘数的每一位是0还是1，若该位是1，部分积加上被乘数；若该位为0，就跳过去不加。部分积右移1位。判断计数器是否为0，若计数器不为0，重复步骤，否则乘法完成。部分积右移算法的程序流程图如图4.23所示。,图4.23部分积右移算法流程图,(2)汇编语言源程序。；程序名：DMUL；功能：双字节无符号数乘法；入口参数：被乘数存放在R2、R3(R2高位，R3低位)寄存器中乘数存放在R6、R7(R6；高位，R7低位)中；出口参数：乘积存放在R4、R5、R6、R7寄存器中（R4为高位，R7为低位）,DMUL:PUSHACC；保护现场PUSHPSWMOVR4,#0；部分积清0MOVR5,#0MOVR0,#16；计数器清0CLRC；CY=0,NEXT:ACALLRSHIFT；部分积右移一位，CYR4R5R6R7CYJNCNEXT1；判断乘数中相应的位是否为0，若是，转移到NEXT1MOVA,R5；否则，部分积加上被乘数(双字节加法)ADDA,R3MOVR5,AMOVA,R4,ADDCA,R2MOVR4,ANEXT1:DJNZR0,NEXT；移位次数是否为0，若不为0转移到NEXTACALLRSHIFT；部分积右移一位POPPSW；恢复现场POPACCRET；程序名：RSHIFT,；功能：部分积右移一位；入口参数：部分积R4、R5、R6、R7；出口参数：CYR4R5R6R7CYRSHIFT:MOVA,R4RRCA；CYR4CYMOVR4,AMOVA,R5RRCA；CYR5CY,MOVR5,AMOVA,R6RRCA；CYR6CYMOVR6,AMOVA,R7RRCA；CYR7CYMOVR7,ARET,例4.1816位8位无符号数除法。被除数存放在R6、R5(R6高8位，R5低8位)中，除数存放在R2中，商存放在R5中，余数存放在R6中。(1)题意分析。与实现双字节乘法的部分积右移算法类似，双字节除法采用部分余数左移的算法。该算法仿照手算的方法编制，基本思想如下：,商数除数被除数-除数；试做减法，够减商上1余数-除数；再试做减法，不够减，商上0，并恢复减法前的余数余数-除数；再做减法手工算法中，习惯将余数右移对齐。在计算机中，保留了手工算法的特点，但采用部分余数左移的方法。部分余数左移算法流程图如图所示。,部分余数左移算法流程图,(2)汇编语言源程序。；程序名：DDIV；功能：16位8位无符号数除法；入口参数：被除数存放在R6、R5(R6高8位，R5低8位)中，除数存放在R2中；出口参数：商存放在R5中，余数存放在R6中；占用资源：位地址单元07H作为标志位暂存单元,DDIV:PUSHPSWMOVR7,#08H；R7为计数器初值寄存器，R7=08HDDIV1:CLRC；清CYMOVA,R5；部分余数左移一位（第一次为被除数移位）RLCA；CYR5R60MOVR5,A,MOVA,R6RLCA