单片基础原理教程 6

第二章

单片机程序设计目录CONTENTS01汇编程序设计基础指令格式、寻址方式、8051指令系统与伪指令04单片机开发平台硬件平台与KeilμVision软件开发平台03C51程序设计数据类型、运算量、绝对地址访问、运算符与函数028051单片机组成汇编程序设计方法及任务训练05工程实践复位电路、时钟电路与最小系统06课程总结与回顾本章核心知识点梳理与关键技术难点回顾学习目标01指令系统掌握·汇编基础理解51单片机汇编指令的格式、分类与寻址方式，掌握常用伪指令及汇编程序设计方法。02

C51语言应用·编程进阶掌握C51语言的数据类型、运算量、绝对地址访问及函数结构，能够编写简单C51程序。03开发平台熟练·工具链整合熟悉单片机硬件开发平台与KeilμVision软件平台，能够独立完成项目创建、编译、调试与下载。。04工程实践落地·双语言编程通过汇编程序训练与第一个C51程序任务，具备初步的单片机程序设计与调试能力。机器语言：二进制代码，机器直接执行汇编语言：用助记符表示指令，如MOV、ADD特点：与硬件紧密相关，执行效率高适合底层驱动、电机控制、传感器接口等与高级语言对比：C语言更抽象，汇编更直接控制硬件2.1单片机汇编程序设计汇编语言与机器语言格式：[标号:]助记符[目的操作数,源操作数][注释]示例：LOOP:MOVA,#7FH;A←7FH字段说明：

标号：地址标志，如LOOP

助记符：操作类型，如MOV

操作数：数据或地址，如A、#7FH注释：以“;”开头注意：强调标号后必须加冒号，注释提高可读性。2.1.151单片机汇编指令格式操作数类型：

A、Rn、@Ri、direct、#data、#data16、bit、addr11/16、rel

等符号说明：@：间接寻址#：立即数(X)：X中的内容→：传送方向立即数表示：二进制：10001111B十进制：88D或66十六进制：78H、0A8HASCII：'A'操作数类型与符号2.1.2寻址方式概述

理解寻址方式的两个角度1.直接vs间接2.寻址空间：RAM、ROM、SFR分类：

数的寻址：立即、寄存器、存储器（直接、间接、变址）、位寻址指令的寻址：绝对寻址、相对寻址1.立即数寻址（直接+ROM）

操作数为常数，只能作为源操作数格式：#data示例：MOVA,#20H功能：将立即数20H存入累加器A注：区分“#20H”与“20H”的区别（常数vs地址）。2.寄存器数寻址（直接+RAM）操作数在寄存器中，如R0~R7、A、DPTR示例：MOVA,R0

功能：将R0中的内容传送到A3.存储器数寻址——直接寻址直接寻址（直接+RAM）指令中直接给出存储单元地址

示例：MOVA,20H

功能：将片内RAM20H单元内容传送到ASFR也可直接使用名称，如MOVA,P0注:“20H”是地址，不是立即数存储器数寻址——寄存器间接寻址寄存器间接寻址（间接+RAM）地址存放在寄存器中，格式：@Ri、@DPTR示例：MOVA,@R1若R1=80H，片内RAM80H单元内容=20H，则A=20H注：R0、R1用于片内RAM，DPTR用于片外。变址寻址（间接+ROM）地址=基址+变址基址：DPTR或PC变址：A示例：MOVCA,@A+DPTR若DPTR=2000H，A=05H，则访问程序存储器2005H单元4.位寻址（直接+RAM）操作数为位地址

示例：MOVC,30H

位地址表示方式：直接地址：50H

字节地址带位：30H.6SFR带位：P1.1

位符号：TR151单片机有位处理器，适合布尔运算5.指令寻址（绝对寻址与相对寻址）绝对寻址：提供16位或11位目的地址如LJMPaddr16相对寻址：当前PC+偏移量rel如SJMPrel(rel范围：-128~+127)计算示例：1230H:SJMP46H→PC=1230H+2+46H=1278H2.1.38051汇编指令系统格式：MOV目的操作数，源操作数常见组合：·MOVA,Rn·MOVRn,#data·MOVdirect,A·MOV@Ri,direct·MOVDPTR,#data16注意：不能同时出现两个Rn或两个@Ri1.片内RAM传送指令MOV2.片外RAM与ROM传送指令MOVX（片外RAM）：·MOVXA,@DPTR·MOVX@Ri,AMOVC（程序存储器）：·MOVCA,@A+DPTR·MOVCA,@A+PC示例：将程序存储器1011H内容传送到片内30HMOVC用于查表，MOVX用于扩展RAM。3.程序存储器传送指令MOVC程序存储器传送指令只有两条：一条用DPTR基址变址寻址；一条用PC基址变址寻址（地址增长）①MOVCA,@A+DPTR;A←（A+DPTR），读程序存储器。②MOVCA,@A+PC;A←（A+PC

）将程序存储器单元送到片内数据存储器单元MOVR7,#255DEL1:MOVR6,#255DEL2:DJNZR6,DEL2DJNZR7,DEL1延时≈0.13秒4.减1不为零转移指令DJNZ减1不为零转移指令DJNZ格式：DJNZRn,relDJNZdirect,rel功能：先减1，若不为零则转移延时示例（12MHz晶振，1μs/机器周期）：```asmMOVR7,#255DEL1:MOVR6,#255DEL2:DJNZR6,DEL2DJNZR7,DEL1```延时≈0.13秒2.1.4伪指令伪指令：控制汇编过程，不生成机器码常见伪指令：ORG、DB、END示例：ORG1000HDB34H,0DEH,"A","B"END功能：定义起始地址、存储数据、结束汇编常用伪指令详解伪指令功能示例：ORG设置起始地址ORG0030HDB定义字节数据DB12H,"A"END结束汇编ENDORG可多次使用，地址由小到大END只能有一个，后续代码不处理2.1.5汇编程序设计步骤1.分析问题，明确目标2.建立数学模型3.绘制流程图4.编写代码5.调试完善算法+数据结构=程序程序结构——顺序与分支顺序结构：按地址顺序执行分支结构：根据条件选择执行路径流程图符号：开始框、判断框、处理框、流向线顺序结构的流程图基本双分支结构的流程图程序结构——循环与子程序循环结构：重复执行某段代码示例：DJNZR6,DE2子程序：模块化复用代码

使用RET返回

注意现场保护（PUSH/POP）（a）先循环后判断（b）先判断后循环子程序参数传递方式传递方式适用场景寄存器：数据量小MOVA,#data存储器：数据量大参数表+指针堆栈：子程序嵌套PUSH/POP汇编程序示例ORG0000HLJMPMAINORG0030HMAIN:SETBP1.0CALLDEL1SCLRP1.0CALLDEL1SAJMPMAIN功能：输出周期为2s的方波信号2.2C51程序设计C语言特点：

·简洁、运算符丰富、数据结构灵活

·可结构化、模块化编程

·可移植性强、目标代码高效C语言=高级语言+低级硬件控制能力C程序结构与规则每个变量先声明后使用语句以分号结尾注释：//或/**/花括号对齐，层次清晰一个程序必须有一个main()函数C51语言C51与标准C的区别数据类型无位类型支持bit,sbit,sfr存储器访问通用支持多种存储类型中断服务不支持支持interrupt主函数可返回通常死循环C51语言优点编程时无须考虑不同存储器的寻址和数据类型等细节问题。具有良好的模块化结构。丰富的子程序库可供直接引用。C51语言和汇编语言可以交叉使用。2.2.2C51语言的数据类型C51语言的基本数据类型有字符型char、短整型short、整型int、长整型long、浮点型float和双精度型double基本数据类型名称长度取值范围unsignedchar无符号字符型1字节0~255signedchar有符号字符型1字节-128~+127unsignedint无符号整型2字节0~65535signedint有符号整型2字节-32768~+32767unsignedlong无符号长整型4字节0~4294967295signedlong有符号长整型4字节-2147483648~+2147483647float浮点型4字节±1.175494E-38~±3.402823E+38bit位型1位0或1sbit特殊位型1位0或1sfr8位特殊功能寄存器1字节0~255sfr1616位特殊功能寄存器2字节0~65535C51的基本数据类型

C51语言的组合数据类型

（1）数组：一维数组，字符数组。（2）结构。将若干不同类型的变量结合在一起而形成的一种数据集合体。组成结构的各个变量称为结构元素或成员。（3）联合体。各个变量在内存中都从同一个地址开始存储（4）枚举。列出该类型变量的所有可取值。

组合数据类型——数组

一维数组定义：类型数组名[常量表达式];初始化：charNavi[6]={'F','L','O','W','E','R'};引用：数组名[下标]，下标从0开始字符数组可用字符串初始化：charstr[10]="Hello";

结构体、联合体、枚举类型关键字内存分配结构体（struct）

各成员独立分配联合体（union）

所有成员共享同一地址枚举（enum）

整型常量集合示例：struct{inta;charb;}s1;union{inti;floatf;}u1;enumweek{Sun,Mon,Tue};

C51扩展类型bit：可移位地址的位变量sbit：固定地址的位变量（如P1.0）sfr：8位特殊功能寄存器Sfr16：16位特殊功能寄存器（如DPTR）示例：sfrP1=0x90;sbitLED=P1^0;bitflag=0;

数据类型转换

隐式转换优先级：bit→char→int→long→float↓unsigned

强制转换：使用(类型)进行人为转换示例：unsignedchara=100;intb=a+1000;//自动转为intfloatc=(float)a/3.14;```2.2.3C51语言的运算量整型常量：

十进制：123,-56十六进制：0x12长整型：123L浮点型常量：定点形式：0.123指数形式：123.456e-31.常量——整型与浮点型字符常量与字符串常量

字符常量：单引号，如'a'，占1字节字符串常量：双引号，如"A"，占2字节（含\0）字符ASCII码值！33048149957A65B66a97b98转义字符含

义ASCII码（十六进制数）\

0空字符（null）00H\

n换行符（LF）0AH\

r回车符（CR）0DH\

t水平制表符（HT）09H\

b退格符（BS）08H\

f换页符（FF）0CH\

‘单引号27H\

”双引号22H\

\反斜杠5CH2.变量

[存储种类]数据类型[存储类型]变量名[=初值];示例：autounsignedchardatavar1=10;staticintxdatavar2;externfloatvar3;定义格式

存储种类

种类关键字作用域生命周期

自动auto函数内函数调用期间外部extern多文件程序全程静态static函数内/文件内程序全程寄存器register函数内函数调用期间register变量建议编译器存入寄存器，不保证一定分配存储器类型描

述data变量位于片内RAM低128B空间，直接寻址访问，速度快bdata变量位于片内RAM的可位寻址区（20H~2FH），允许字节和位混合访问idata变量位于片内RAM256B空间，用Ri寄存器间接寻址访问pdata变量位于片外RAM低256B空间，用Ri间接访问xdata变量位于片外RAM64KB空间，用DPTR间接访问code变量位于程序存储器ROM64KB空间，基址变址寻址访问C51的存储器类型描述存储器类型存储器类型示例chardatavar1;//片内低128Bintidatavar2;//片内256Bfloatxdatavar4;//片外RAMintcodevar5;//程序存储器unsignedcharbdatavar6;//可位寻址区省略存储器类型时，按默认存储模式分配指针变量概述指针：变量的地址·指针变量：存储地址的变量取地址运算符：&指针运算符：*示例：inta=10;int*p=&a;//p指向a*p=20;//修改a的值为20指针变量定义一般形式：数据类型[存储器类型]*指针变量名;示例：int*p1;//一般指针（3B）chardata*p3;//指向片内data区（1B）floatxdata*p4;//指向片外xdata区（2B）带存储器类型的指针占用更少内存指针应用示例示例intx=5,y;int*ptr;//定义指针变量ptr=&x;//ptr指向xy=*ptr;//y=5*ptr=10;//x=10指针使用前必须指向有效地址

指针类型必须与指向变量类型一致C51扩展变量类型1.指针变量的应用2.特殊功能寄存器变量（sfr/sfr16）

sfr：8位特殊功能寄存器sfr16：16位特殊功能寄存器

地址为直接地址形式3.位变量（bit/sbit）bit类型：定义一般位变量

sbit类型：定义可位寻址字节中的位3.C51存储模式small（data）：

变量在片内RAM，速度快Compact（pdata）：

变量在片外低256Blarge（xdata）

：变量在片外64KB示例#pragmacompact//设置模式intfunc1(intx)large//函数单独指定{return(x+1);}2.2.4绝对地址访问——宏定义使用absacc.h

头文件中的宏：宏的功能XBYTE[addr]访问xdata区字节XWORD[addr]访问xdata区字DBYTE[addr]访问data区字节示例#include<absacc.h>ucharvar1=XBYTE[0x0005];//读xdata0005HXWORD[0x0002]=0x1234;//写xdata0002H字绝对地址访问——指针与关键字at指针方式：uchar

xdata*dp;dp=0x1000;*dp=0xFF;at关键字（全局变量）：datacharx1_at_0x40;//data区40Hxdataintx2_at_0x2000;//xdata区2000H2.2.5运算符、表达式、语句的关系语句=表达式+分号表达式=操作数+运算符示例：c=a+b;//完整语句a+b//表达式，无分号三者的关系是编程基础2.算术运算符Ⅰ.运算符格式：变量=表达式;运算符名称或含义+加或取正值运算符-减或取负值运算符*乘运算符/除运算符%取余运算符1.赋值运算符4.逻辑运算符运算符名称或含义>

大于<

小于>=大于等于<=小于等于==等于!=不等于“逻辑与”的格式：条件式1&&条件式2。当条件式1与条件式2都为真时，结果为真，否则为假。“逻辑或”的格式：条件式1||条件式2。当条件式1与条件式2都为假时，结果为假，否则为真。“逻辑非”的格式：！条件式。当条件式原来为真时，逻辑非后结果为假；当条件式原来为假时，逻辑非后结果为真。例如，若a=8，b=3，c=0，则！a为假，a&&b为真，3.关系运算符运算符名称或含义||逻辑或&&逻辑与!逻辑非示例：if((a>b)&&(b<c)){...}6.复合赋值运算符a+=6相当于a=a+6a*=5相当于a=a*5b&=0x55相当于b=b&0x55

x>>=2相当于x=x>>25.位运算符示例：a=0x54,b=0x3B·a&b=0x10·a|b=0x7F·a<<2=0x50运算符名称或含义&按位与|按位或^按位异或~按位取反<<

左移>>

右移运算符名称或含义运算符名称或含义+=加法赋值-+减法赋值*=乘法赋值/=除法赋值%=取模赋值&=逻辑与赋值<<=左移位赋值>>=右移位赋值|=逻辑或赋值^=逻辑异或赋值~=逻辑非赋值

8.条件运算符7.逗号运算符逗号运算符：x=(a=3,6*3);//x=18条件运算符（唯一三目运算符）：max=(a>b)?a:b;指针运算符：int*p=&x;//&取地址*p=10;//*访问内容表达式1,表达式2,…,表达式n逻辑表达式?表达式1:表达式29.指针与地址运算符运算符优先级要点1.括号()最高2.单目!~*&3.算术*/%高于+-4.关系><>=<=高于==!=5.逻辑&&高于||6.赋值较低不确定时加括号：if((a>b)&&(b<c))Ⅱ.表达式Ⅲ.语句分类表达式语句a=3+2;空语句;复合语句{a=1;b=2;}选择语句if,switch循环语句while,for,do-while跳转语句break,continue,return1.If语句三种格式格式1：

if(表达式)语句;格式2：

if(表达式)语句1;else语句2;格式3（多分支）：if(表达式1)语句1;elseif(表达式2)语句2;else语句n;2.switch/case语句switch(表达式){case常量1:语句1;break;case常量2:语句2;break;default:{语句n+1};}特点：表达式为整型或字符型case常量必须唯一break防止“穿透”3.While语句while(表达式){

语句;//循环体}特点：先判断，后执行。条件不满足时循环体可能一次都不执行。示例：1~100累加和inti=1,s=0;while(i<=100){s=s+i;

i++;}4.do-while语句格式：do{

语句;//循环体}while(表达式);特点：先执行，后判断。循环体至少执行一次。示例：1~100累加和inti=1,s=0;do{s=s+i;i++;}while(i<=100);5.for语句格式：for(表达式1;表达式2;表达式3){

语句;//循环体}表达式1：初值表达式

表达式2：条件表达式

表达式3：更新表达式示例：1~100累加和inti,s=0;for(i=1;i<=100;i++)s=s+i;6.break和continue语句作用break跳出整个循环（终止循环）continue结束本次循环，继续下一次判断示例：面积>100时跳出for(r=1;r<=10;r++){area=p*r*r;if(area>100)break;}continue示例：输出不能被3整除的数if(i%3==0)continue;printf("%d",i);7.goto

、return与函数调用语句goto语句（慎用）：goto

语句标号;语句标号:语句;return语句：return;//无返回值return(表达式);//带回返回值goto可能降低程序可读性，结构化编程中尽量少用函数调用语句的格式：函数名（实参列表);2.2.6函数函数的分类：由来源分为标准库函数/用户自定义函数返回值分为有返回值/无返回值（void）参数分为有参函数/无参函数main函数特点：程序入口，不能被其他函数调用成功执行返回1，否则返回0函数的定义格式函数类型函数名(形参列表)[reentrant][interruptm][usingn]{

局部变量定义;

函数体;}示例：intadd(inta,intb){returna+b;}函数的调用与声明调用格式：函数名(实参列表);声明格式：[extern]函数类型函数名(形参列表);外部函数声明示例：externserial_initial();//函数在另一个文件中voidmain(){

serial_initial();}函数的嵌套与递归嵌套：函数A调用函数B递归：函数直接或间接调用自身重入函数（reentrant）：intfact(intn)reentrant{if(n==0)return1;elsereturnn*fact(n-1);}递归需有终止条件，避免无限调用I/O函数——printf格式：printf("格式控制字符串",输出列表);常用格式字符：格式字符数据类型输出格式dint带符号十进制数uint无符号十进制数oint无符号八进制数xint无符号十六进制数，用“a~f”表示Xint无符号十六进制数，用“A~F”表示ffloat带符号十进制数浮点数，形式为[-]dddd.dddde，Efloat带符号十进制数浮点数，形式为[-]d.ddddEddg，Gfloat自动选择e或f格式中更紧凑的一种输出格式cchar单个字符s指针指向一个带结束符的字符串p指针带存储器批示符和偏移量的指针，形式为M：aaaa其中，M可分别为：C(code)，D(data)，I(idata)，P(pdata)。如M如M为a，则表示的是指针偏移量I/O函数——scanf格式：scanf("格式控制字符串",地址列表);注意事项：地址列表需使用&取地址输入格式需与控制字符串匹配示例：inta,b;scanf("%d,%d",&a,&b);使用printf/scanf前需包含#include<stdio.h>中断服务程序（interrupt）格式：void函数名()interruptm[usingn]{//中断处理代码}M中断源取值：0——外部中断01——定时/计数器T0中断2——外部中断13——定时/计数器T1中断4——串口中断5——定时/计数器T2中断中断服务程序注意事项1.无参数传递，不能有参数声明2.无返回值，建议定义为void3.不能直接调用，由硬件触发4.使用usingn指定工作寄存器组（n=0~3）5.编译器自动在8m+3处生成中断向量示例：voidint0()interrupt0using1{intx;x++;}2.3单片机开发平台主控芯片：STC89C52/STC12系列

兼容标准8051指令8KBISPFlash12MHz晶振，1机器周期=1μs最小系统组成：时钟电路+复位电路+电源单片机不能正常工作时：检查电源、晶振、复位电平2.3.1硬件开发平台开发板模块介绍2.3.2软件开发平台由德国Keil公司出品，集成C编译器、宏汇编、连接器、调试器，支持众多单片机型号μVisionforWindows（32/64位）主要功能：编辑源程序编译生成hex文件仿真调试1．Keil2.STC-ISP烧录工具烧录步骤：1.选择单片机型号（如STC89C52RC）2.打开.hex文件3.选择COM串口号4.单击“Download/下载”使用CH340驱动时需安装USB驱动下载前关闭串口调试助手（避免冲突）3.串口调试助手功能：显示单片机与计算机的交互信息设置要点：选择正确串口号设置波特率数据位=8位字符格式发送（或十六进制）电平转换：RS-232：使用MAX232USB转TTL：使用CH340C2.4工程实践任务：两个8位无符号数求和代码（mcu203.asm）：ORG0000HMOVA,#01HMOVB,#02HADDA,BSJMP$END操作步骤：1.Keil中新建项目2.添加.asm源文件3.编译生成hex文件4.仿真运行，观察A和B寄存器Keil调试方法（一）单步执行：快捷键F11（Step）逐条执行指令，可进入子程序内部过程单步：快捷键F10（StepOver）将子程序/函数作为一条语句全速执行运行到光标行：光标定位到目标行选择“RuntoCursorline”全速运行时遇到断点会停止Keil调试方法（二）修改程序流程：1.退出调试环境2.修改源程序3.重新编译、链接4.再次进入调试Keil调试窗口：输出窗口（OutputWindow）观察窗口寄存器窗口存储器窗口（MemoryWindow）存储器窗口的使用查看指定地址：

在MemoryWindow中输入地址表达式C:程序存储器（code）D:片内数据存储器（data）I:间接寻址片内RAM（idata）X:片外数据存储器（