第4章单片机原理及应用(张毅刚主编)

第4章MCS-51汇编语言程序设计汇编语言是面向机器硬件的语言，要求程序设计者对MCS-51单片机具有很好的“软、硬结合”的功底。介绍程序设计的基本知识及如何使用汇编语言来进行基本的程序设计。4.1汇编语言程序设计概述4.1.1机器语言、汇编语言和高级语言用于程序设计的语言基本上分为3种：机器语言、汇编语言和高级语言。1.机器语言二进制代码表示的指令、数字和符号简称为机器语言不易懂，难记忆，易出错。2．汇编语言英文助记符表示的指令称为符号语言或汇编语言将汇编语言程序转换成为二进制代码表示的机器语言程序称为汇编程序经汇编程序“汇编（翻译）”得到的机器语言程序称为目标程序，原来的汇编语言程序称为源程序。汇编语言特点：(1)面向机器的语言，程序设计员须对MCS-51的硬件有相当深入的了解。(2)助记符指令和机器指令一一对应，用汇编语言编写的程序效率高，占用存储空间小，运行速度快，用汇编语言能编写出最优化的程序。能直接管理和控制硬件设备（功能部件），它能处理中断，也能直接访问存储器及I/O接口电路。汇编语言和机器语言都脱离不开具体机器的硬件，均是面向“机器”的语言，缺乏通用性。3．高级语言不受具体机器的限制,使用了许多数学公式和数学计算上的习惯用语，非常擅长于科学计算。常用的如BASIC、FORTRAN以及C语言等。高级语言优点：通用性强，直观、易懂、易学，可读性好。使用C语言（C51）、PL/M语言来进行MCS-51的应用程序设计。对于程序的空间和时间要求很高的场合，汇编语言仍是必不可缺的。C语言和汇编语言混合编程在很多需要直接控制硬件的应用场合，则更是非用汇编语言不可使用汇编语言编程，是单片机程序设计的基本功之一4.1.2汇编语言语句的种类和格式两种基本类型：指令语句和伪指令语句（1）指令语句已在第3章介绍每一条指令语句在汇编时都产生一个指令代码——机器代码（2）伪指令语句是为汇编服务的。在汇编时没有机器代码与之对应。MCS-51的汇编语言的四分段格式如下：标号字段操作码字段操作数字段注释字段规则：（1）标号字段和操作字码段之间要有冒号“：”相隔；（2）操作码字段和操作数字段间的分界符是空格；（3）双操作数之间用逗号相隔；（4）操作数字段和注释字段之间的分界符用分号“；”相隔。操作码字段为必选项，其余各段为任选项。例4-1下面是一段汇编语言程序的四分段书写格式标号字段操作码字段操作数字段注释字段START：MOVA，#00H；0→AMOVR1，#10；10→R1MOVR2，#00000011B；3→R2LOOP：ADDA，R2；（A）+（R2）→ADJNZR1，LOOP；R1内容减1不为零，则循环NOPHERE：SJMPHERE基本语法规则：1．标号字段是语句所在地址的标志符号（1）标号后边必须跟以冒号“：”（2）由1~8个ASCII字符组成（3）同一标号在一个程序中只能定义一次（4）不能使用汇编语言已经定义的符号作为标号2．操作码字段是汇编语言指令中唯一不能空缺的部分。汇编程序就是根据这一字段来生成机器代码的。3．操作数字段通常有单操作数、双操作数和无操作数三种情况。如果是双操作数，则操作数之间，要以逗号隔开。（1）十六进制、二进制和十进制形式的操作数表示采用十六进制形式来表示，某些特殊场合才采用二进制或十进制的表示形式。十六进制，后缀“H”。二进制，后缀“B”。十进制，后缀“D”，也可省略。若十六进制的操作数以字符A~F中的某个开头时，则需在它前面加一个“0”，以便在汇编时把它和字符A~F区别开来。（2）工作寄存器和特殊功能寄存器的表示采用工作寄存器和特殊功能寄存器的代号来表示，也可用其地址来表示。例如，累加器可用A（或Acc）表示。也可用0E0H来表示，0E0H为累加器A的地址。（3）美元符号$的使用用于表示该转移指令操作码所在的地址。例如，如下指令：JNBF0，$与如下指令是等价的：HERE：JNBF0，HERE再如：HERE：SJMPHERE可写为：SJMP$4．注释字段必须以分号“；”开头，换行书写，但必须注意也要以分号“；”开头。汇编时，注释字段不会产生机器代码。4.1.3伪指令在MCS-51汇编语言源程序中应有向汇编程序发出的指示信息，告诉它如何完成汇编工作，这是通过使用伪指令来实现的。也称为汇编程序控制命令。只有在汇编前的源程序中才有伪指令。经过汇编得到目标程序（机器代码）后，伪指令已无存在的必要，所以“伪”体现在汇编时，伪指令没有相应的机器代码产生。常用的伪指令：1.ORG（ORiGin）汇编起始地址命令在汇编语言源程序的开始，通常都用一条ORG伪指令来实现规定程序的起始地址。如不用ORG规定，则汇编得到的目标程序将从0000H开始。例如：ORG2000HSTART：MOVA,#00H┋规定标号START代表地址为2000H开始。在一个源程序中，可多次使用ORG指令，来规定不同的程序段的起始地址。但是，地址必须由小到大排列，地址不能交叉、重叠。例如：ORG2000H┇ORG2500H┇ORG3000H┇2.END(ENDofassembly)汇编终止命令汇编语言源程序的结束标志，用于终止源程序的汇编工作。在整个源程序中只能有一条END命令，且位于程序的最后。3．DB（DefineByte）定义字节命令在程序存储器的连续单元中定义字节数据。ORG2000HDB30H，40H，24，“C”，“B”汇编后：（2000H）=30H（2001H）=40H（2002H）=18H（10进制数24）（2003H）=43H（字符“C”的ASCII码）（2004H）=42H（字符“B”的ASCII码）DB功能是从指定单元开始定义（存储）若干个字节，10进制数自然转换成16进制数，字母按ASCII码存储。4．DW（DefineWord）定义数据字命令从指定的地址开始，在程序存储器的连续单元中定义16位的数据字。例如：ORG2000HDW1246H，7BH，10汇编后：（2000H）=12H；第1个字（2001H）=46H（2002H）=00H；第2个字（2003H）=7BH（2004H）=00H；第3个字（2005H）=0AH（2005H）=0AH5．EQU（EQUate）赋值命令用于给标号赋值。赋值以后，其标号值在整个程序有效。例如：TESTEQU2000H表示标号TEST=2000H，在汇编时，凡是遇到标号TEST时，均以2000H来代替。4.1.4汇编语言程序设计步骤（1）分析问题，确定算法（2）根据算法，画出程序框图（3）分配内存工作区及有关端口地址（4）编写程序养成在程序的适当位置上加上注释的好习惯。（5）上机调试编写完毕的程序，必须“汇编”成机器代码，才能调试和运行，调试与硬件有关程序还要借助于仿真开发工具并与硬件连接。4.2汇编语言源程序的汇编汇编语言源程序“翻译”成机器代码（指令代码）的过程称为“汇编”。汇编可分为手工汇编和机器汇编两类:4.2.1手工汇编人工查表翻译指令。但遇到的相对转移指令的偏移量的计算，要根据转移的目标地址计算偏移量，不但麻烦，且容易出错。4.2.2机器汇编用编辑软件进行源程序的编辑。编辑完成后，生成一个ASCII码文件，扩展名为“.ASM”。然后在微计算机上运行汇编程序，把汇编语言源程序翻译成机器代码。交叉汇编—汇编后的机器代码是在另一台计算机（这里是单片机）上运行。MCS-51单片机的应用程序的完成，应经过三个步骤；（1）在微计算机上，运行编辑程序进行源程序的输入和编辑；（2）对源程序进行交叉汇编得到机器代码；（3）通过微计算机的串行口（或并行口）把机器代码传送到用户样机（或在线仿真器）进行程序的调试和运行。第（1）步，只需在微计算机上使用通用的编辑软件即可完成。第（2）步的交叉汇编所用的汇编程序可在购买单片机的仿真开发工具时，由厂商提供。第（3）步骤的实现要借助于单片机仿真开发工具进行。反汇编——分析现成产品的程序，要将二进制的机器代码语言程序翻译成汇编语言源程序。例4-2下面是一段源程序的汇编结果，读者可通过查第3章的表3-3至表3-7，进行手工汇编，来验证下面的汇编结果是否正确。见表4-1（P75）4.3汇编语言实用程序设计4.3.1汇编语言程序的基本结构形式常采用以下几种基本结构：顺序结构、分支结构和循环结构，再加上广泛使用的子程序和中断服务子程序。1．顺序结构2．分支结构程序中含有转移指令，无条件分支，有条件分支。有条件分支又分为：单分支结构和多分支结构。3．循环结构4．子程序5．中断服务子程序4.3.2子程序的设计一、子程序设计原则和应注意的问题一种能完成某一特定任务的程序段。其资源要为所有调用程序共享。因此，子程序在结构上应具有独立性和通用性，在编写子程序时应注意以下问题：1．子程序的第一条指令的地址称为子程序的入口地址。该指令前必须有标号。2．主程序调用子程序两条子程序调用指令：（1）绝对调用指令：ACALLaddr11（2）长调用指令：LCALLaddr163．注意设置堆栈指针和现场保护4．最后一条指令必须是RET指令5．子程序可以嵌套，即子程序可以调用子程序6．在子程序调用时，还要注意参数传递的问题二、子程序的基本结构MAIN：┇；MAIN为主程序或调用程序标号┇LCALLSUB；调用子程序SUB┇┇SUB：PUSHPSW；现场保护PUSHACC；子程序处理程序段POPACC；现场恢复POPPSW；RET；最后一条指令必须为RET例4-3单字节有符号数的加减法子程序（自己阅读）本例中参数传递是通过累加器A完成的，主程序将被转换的数送到A中，子程序将A中的有符号数求补后存于A中，主程序再将结果放回原来的单元。例4-44位BCD码的减法程序（自己阅读）主程序通过地址寄存器R0和R1将参加运算的BCD码的地址传递给子程序，子程序则通过累加器将差传递给主程序。4.3.3查表程序设计数据补偿、修正、计算、转换等各种功能，具有程序简单、执行速度快等优点。查表就是根据自变量x,在表格中寻找y,使y=f(x)。执行查表指令时，发出读程序存储器选通脉冲/PSEN。在MCS-51的指令系统中，给用户提供了两条极为有用的查表指令：⑴MOVCA，@A+DPTR⑵MOVCA，@A+PC指令“MOVCA，@A+DPTR”完成把A中的内容作为一个无符号数与DPTR中的内容相加，所得结果为某一程序存储单元的地址，然后把该地址单元中的内容送到累加器A中。指令“MOVCA，@A+PC”以PC作为基址寄存器，PC的内容和A的内容作为无符号数，相加后所得的数作为某一程序存储器单元的地址，根据地址取出程序存储器相应单元中的内容送到累加器A中。指令执行完,PC的内容不发生变化，仍指向查表指令的下一条指令。优点在于预处理较少且不影响其它特殊功能寄存器的值，所以不必保护其它特殊功能寄存器的原先值。缺点在于该表格只能存放在这条指令的地址X3X2X1X0以下的00～FFH之中。表格所在的程序空间受到了限制。例4-5子程序的功能为：根据累加器A中的数x（0～9之间）查x的平方表y，根据x的值查出相应的平方y。x和y均为单字节数。地址子程序Y3Y2Y1Y0ADDA,#01HY3Y2Y1Y0+2MOVCA,@A+PCY3Y2Y1Y0+3RETY3Y2Y1Y0+4DB00H,01H,04H,09H,10HDB19H,24H,31H,40H,51H第1条指令ADDA，#01H的作用是加上偏移量，可以根据A的内容查出X对应的平方。MOVCA，@+DPTR这条指令的应用范围较为广泛，一般情况下，大多使用该指令，使用该指令时不必计算偏移量，使用该指令的优点是表格可以设在64K程序存储器空间内的任何地方，而不像MOVCA，@A+PC那样只设在PC下面的256个单元中，使用较方便。上面的程序可改成如下形式：PUSHDPH；保存DPHPUSHDPL；保存DPLMOVDPTR，#TAB1MOVCA，@A+DPTRPOPDPL；恢复DPLPOPDPH；恢复DPHRETTAB1:DB00H，01H，04H，09H，10HDB19H，