項目二單片機硬件及指令系統(tǒng)應用課件

項目二、單片機硬件及指令系統(tǒng)應用項目二、單片機硬件及指令系統(tǒng)應用項目二、單片機硬件及指令系統(tǒng)應用—

任務1.二極管點亮能力目標1.能用Proteus構建單片機最小系統(tǒng)2.能運用并行I/O接口3.能學會程序編寫的基本方法并用KeilC進行調(diào)試4.能進行燈亮控制電路綜合調(diào)試學習內(nèi)容1.了解指令的概念2.掌握尋找方式3.掌握傳送、位操作等指令4.了解并行I/O接口項目二、單片機硬件及指令系統(tǒng)應用—能力目標一、任務要求用單片機來實現(xiàn)對一個發(fā)光二極管實現(xiàn)點亮的功能。二、任務分析1.一個普通二極管被點亮的條件R1在此電路中的選擇范圍為330Ω～1KΩ

一、任務要求2.用單片機的I/O口的其中一位來控制二極管的點亮問題給P1.0送一低電平，則二極管就可以被點亮，送一高電平，則二極管就熄滅。2.用單片機的I/O口的其中一位來控制二極管的三、學習知識

（一）了解指令的概念

1、指令的表示法：由操作碼和操作數(shù)兩大部分組成MCS-51指令格式：[標號:]操作助記符[操作數(shù)1][，操作數(shù)2][，操作數(shù)3]其中操作碼助記符一般由2～5個英文字母組成。51系列單片機共有111條指令。

三、學習知識（一）了解指令的概念2、指令的分類：按指令在存儲器中所占用的存儲單元分：單字節(jié)NOP

雙字節(jié)ADDA，#05H

三字節(jié)LJMP8000H按指令功能分：數(shù)據(jù)傳送類MOVA，#04算術運算類ADDA，#05H邏輯運算類ANLA，#05H控制類LJMP8000H位操作類SETB90H2、指令的分類：3、指令中操作數(shù)的描述Rn——工作寄存器R0～R7。Ri——間接尋址寄存器R0、R1。Direct——直接地址，包括內(nèi)部128BRAM單元地址、21個SFR地址。#data——8位常數(shù)。#data16——16位常數(shù)。addr16——16位目標地址。addr11——11位目標地址。rel——8位帶符號的偏移地址。DPTR——16位外部數(shù)據(jù)指針寄存器。bit——可直接位尋址的位。3、指令中操作數(shù)的描述A——累加器。B——寄存器B。C——進、借位標志位，或位累加器。@——間接寄存器或基址寄存器的前綴。/——指定位求反。（x）——x中的內(nèi)容。（（x））——x中的地址中的內(nèi)容?！纭斍爸噶畲娣诺牡刂?。AB——累加器A和B寄存器組成的寄存器對，常出現(xiàn)在乘除法指令中。

A——累加器。（二）掌握尋找方式1、立即數(shù)尋址

MOVA，#40H

2、直接尋址

MOVA，40H

3、寄存器尋址

MOVA，R2

4、寄存器間接尋址

MOVA，@R0

（二）掌握尋找方式（1）采用R0或R1作為寄存器間接尋址，可尋址的片內(nèi)片外的RAM的低256字節(jié)的存儲空間。（2）采用DPTR作寄存器間接尋址，可尋址的片外的數(shù)據(jù)存儲器的整個64KB的空間。

5、變址尋址操作數(shù)地址=變地址+基地址

如MOVCA，@A+DPTR

（1）采用R0或R1作為寄存器間接尋址，可尋址的片內(nèi)片外的R例：累加器A的內(nèi)容為20H，DPTR的值為2000H，程序存儲器2020H單元內(nèi)容為47H，則執(zhí)行該指令后累加器A的值為47H。

MOVCA，@A+DPTR6、相對尋址

如JC60H；設（PC）=2000H為基址，相對偏移量為60H；

則當C=1時，轉移的目的地址=2000H+2+60H

例：累加器A的內(nèi)容為20H，DPTR的值為2000H，程序存7、位尋址位尋址是指指令的操作數(shù)為8位二進制數(shù)的某一位，指令中給出的是操作數(shù)的位地址?？捎糜谖粚ぶ返膮^(qū)域是片內(nèi)RAM20H～2FH單元和部分特殊功能寄存器。（1）可直接使用位地址。（2）對特殊寄存器也可進行位尋址。

7、位尋址（三）掌握傳送、位操作等指令1、片內(nèi)數(shù)據(jù)傳送指令單片機在邏輯上分為三個空間，分別是程序空間、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間、片外數(shù)據(jù)存儲器空間。

片內(nèi)外程序存儲器ROMEPROMMOVC特殊功能寄存器片內(nèi)RAM128字節(jié)MOVPUSHPOPXCHXCHDMOVX片外數(shù)據(jù)存儲器RAM（三）掌握傳送、位操作等指令片內(nèi)外程序存儲器MOVC特殊功能（1）以A為目標地址的傳送指令指令指令代碼操作MOVA，Rn11101rrrA←(Rn)MOVA，direct11100101directA←(direct)MOVA，@Ri1110011iA←((Ri))MOVA，#data1101000A←data（1）以A為目標地址的傳送指令指令指令代碼操作MOVA，（2）以直接地址為目標地址的傳送指令指令指令代碼操作MOVdirect，A11110101directdirect←（A）MOVdirect，Rn10001rrrdirectdirect←（Rn）MOVdirect，@Ri1000111directdirect←((Ri))MOVdirect，#data01110101directdatadirect←dataMOVdirect1，direct210000101direct2，direct1direct1←（direct2）（2）以直接地址為目標地址的傳送指令指令指令代碼操作MOV（3）以Rn為目標地址的傳送指令指令指令代碼操作MOVRn，A11111rrrRn←（A）MOVRn，#data01111rrrRn←dataMOVRn，direct10101rrrRn←（direct）（3）以Rn為目標地址的傳送指令指令指令代碼操作MOVRn（4）以間接地址為目標地址的傳送指令指令指令代碼操作MOV@Ri，A1111011i((Ri))←（A）MOV@Ri，#data0111011i((Ri))←dataMOV@Ri，direct1010011i((Ri))←(direct)（4）以間接地址為目標地址的傳送指令指令指令代碼操作MOV（5）十六位數(shù)傳送（以DPTR為目標地址）傳送指令指令指令代碼操作MOVDPTR,#data1610010000dataH8dataL8（DPTR）←data16（5）十六位數(shù)傳送（以DPTR為目標地址）傳送指令MOVD2、累加器A與片外RAM之間傳送指令MOVX（4條）MOVXA,@DPTR；A←（DPTR）MOVX@DPTR,A；（DPTR）←AMOVXA,@Ri；A←（Ri）MOVX@Ri,A；（Ri）←A

1、3兩條指令完成了將外部數(shù)據(jù)讀入單片機，此時單片機的RD為低電平2、4兩條指令完成了將單片機數(shù)據(jù)寫入外部設備，此時單片機的WR為低電平2、累加器A與片外RAM之間傳送指令MOVX（4條）3、程序存儲器向累加器A傳送指令MOVC（2條）MOVCA，@A+PCMOVCA，@A+DPTR這種指令可用來實現(xiàn)查表程序，不同之處在于：第一條指令只能在256位中查表，第二條指令可在64KB范圍中查表。3、程序存儲器向累加器A傳送指令MOVC（2條）例：試編寫一程序，實現(xiàn)將片外RAM的0FAH單元中的內(nèi)容傳送到外RAM的04FFH單元中。分析：根據(jù)圖2-6可以看到，外部存儲單元之間是不能相互傳遞的，所以只有將外部數(shù)據(jù)通過傳向片內(nèi)，再將片內(nèi)的數(shù)據(jù)傳向片外來進行操作。具體在操作過程中要考慮如下事宜：①定義起始地址、目標地址。②源操作數(shù)→A。③A→目標操作方式。例：試編寫一程序，實現(xiàn)將片外RAM的0FAH單元中的內(nèi)容傳送ORG1000HMOVR0，#0FAH；定義源操作數(shù)地址MOVDPTR，#04FFH；定義目標地址MOVXA，@R0；源操作數(shù)先送至AMOVX@DPTR,A；A→目標地址ENDORG1000H4、位操作指令（1）位傳送指令（2條）MOVC，bitMOVbit，C

（2）位修正指令（6條）

CLRCCLRbitCPLCCPLbitSETBCSETBbit4、位操作指令四、任務實施（一）用Proteus構建單片機最小系統(tǒng)硬件

圖2-7單片機控制的二極管點亮電路四、任務實施圖2-7單片機控制的二極管點亮電路（二）編寫程序并進行調(diào)試在任務分析中得知，給P1.0賦個低電平，發(fā)光二極管就被點亮。程序如下：

ORG0000H；從程序空間地址0000H開始L:MOVP1,#0FEH；點亮二極管

SJMPL；在此處踏步等待

END

；結束（二）編寫程序并進行調(diào)試

ORG0000H；從程序空間地址0（三）進行二極管點亮電路仿真調(diào)試

圖2-8單片機控制的二極管點亮仿真電路

（三）進行二極管點亮電路仿真調(diào)試

五、總結與提高完成了二極管點亮的任務，大家考慮一下：1、能否用兩個按鈕來控制二極管的點亮與熄滅，一個按鈕定義為點亮功能，另一個按鈕定義為熄滅。2、能否采用一個按鈕來實現(xiàn)二極管的點亮與熄滅，按一下按鈕，二極管被點亮，再按一下后，熄滅，再按下點亮，再按下熄滅…。

五、總結與提高能力目標1.能編寫和用KeilC調(diào)試簡單的延時子程序2.能用KeilC進行單步，連續(xù)調(diào)試3.能進行單燈閃爍電路綜合調(diào)試學習內(nèi)容1.學習轉移指令的運用2.掌握子程序的編寫方法項目二、單片機硬件及指令系統(tǒng)應用—任務2.單燈閃爍能力目標項目二、單片機硬件及指令系統(tǒng)應用—一、任務要求要求二極管亮滅閃爍的時間為200ms，控制端口仍然采用P1.0口。二、任務分析在任務一中我們已成功將二極管點亮，本任務與任務一所不同的是要由P1.0產(chǎn)生的時序信號如圖2-9所示。一、任務要求200

ms圖2-9單燈閃爍控制時序

三、學習知識（一）主程序和子程序的概念

所謂主程序就是根據(jù)設計者的要求完成主要功能的程序。子程序的概念：主程序中反復用到的一些重復的功能模塊程序，如果都放在主程序中，會讓主程序顯得冗長，所以常將這種需要頻繁使用的基本操作設計成相對獨立的程序段。200ms圖2-9單燈閃爍控制時序三、學習知識1、子程序的調(diào)用與返回子程序的調(diào)用:短調(diào)用指令ACALLaddr11，長調(diào)用指令LCALLaddr16，不同的是前者跳轉的范圍為2K后者跳轉的范圍為64K。返回指令：RET從子程序返回到主程序，RETI從中斷服務程序返回到主程序

1、子程序的調(diào)用與返回2、子程序設計（1）每個子程序都有一個唯一的入口（唯一的名稱），并以標號作為標識，以便主程序的正確調(diào)用，子程序通常以RET指令作為結束。（2）為了使子程序具有通用性，子程序的操作對象通常采用寄存器或寄存器間址等尋址方式。2、子程序設計（3）為了使子程序不論存放在存儲器的任何區(qū)域都能被正確執(zhí)行，在子程序中如有轉移指令，應使用相對轉移指令而不能用絕對轉移指令。（4）進入子程序時，應對那些主程序中使用并在子程序中繼續(xù)需要使用的寄存器的內(nèi)容進行保護（即保護主程序現(xiàn)場），在返回主程序時應恢復它們的原來的狀態(tài)。（3）為了使子程序不論存放在存儲器的任何區(qū)域都能被正確執(zhí)行，子程序設計的基本步驟如下：（1）確定子程序的名稱（入口標號）。（2）確定子程序的入口參數(shù)及出口參數(shù)。（3）確定所使用的寄存器和存儲單元機器使用目的。（4）確定子程序的算法，編寫源程序。子程序設計的基本步驟如下：例、設內(nèi)部RAM20H、21H單元中有兩個數(shù)a和b，編程求c=a2+b2，并把c送入內(nèi)存單元22H中。該程序由兩部分組成：主程序和子程序。主程序通過累加器A傳送入口參數(shù)a和b，子程序用于求平方并將結果通過累加器A傳送給主程序，主程序再求兩平方和。例、設內(nèi)部RAM20H、21H單元中有兩個數(shù)a和b，編程求c

主程序ORG0100H

MOVA，20H；a→AACALLSQR；求a2MOVR0，A；a2→R0MOVA，21H；b→AACALLSQR；求b2ADDA，R0；a2+b2→AMOV22H，A；存入22H單元END

以下為子程序ORG1000H

SQR：ADDA，#01H；

MOVCA，@A+PC

RET

TAB：DB00H，01H，04H，09H，16H，

DB25H，36H，49H，64H，81H

ORG0100H

MOVA，20H；a→AACALLS（二）循環(huán)轉移指令DJNZRn，rel；（Rn）←（Rn）—1若（Rn）≠0，則PC+2+rel，跳轉至目標地址若（Rn）=0，PC+2

跳轉到本指令的下一條指令去執(zhí)行DJNZdirect，rel；（direct）←（direct）—1若（direct）≠0，則PC+2+rel，跳轉至目標地址若（direct）=0，PC+2

跳轉到本指令的下一條指令去執(zhí)行（二）循環(huán)轉移指令DJNZ指令主要用來實現(xiàn)計數(shù)功能，一旦計數(shù)完畢，立即退出循環(huán)體，否則繼續(xù)在循環(huán)體中循環(huán)。例：將8031內(nèi)部的RAM40H～4FH單元置為#00H。解：

DJNZ指令主要用來實現(xiàn)計數(shù)功能，一旦計數(shù)完畢，例：將803

ORG0000h

MOVR0，#40H；置首址

MOVR2，#10H；置長度LOOP：MOV@R0,A

INCR0；修改指針

DJNZR2,LOOP；判斷長度

END

ORG0000h

MOVR0，#40H；置首址

MOV（三）延時子程序的設計1、機器周期當振蕩脈沖頻率為12MHZ，一個機器周期為1us。當振蕩脈沖頻率為6MHZ，一個機器周期為2us。2、指令周期執(zhí)行一條指令所需的時間叫指令周期，一般指令需1、2、4個機器周期。3、單循環(huán)程序運用（三）延時子程序的設計圖2-10延時子程序（5.135ms）

圖2-10延時子程序（5.135ms）考慮在此單循環(huán)程序外再嵌套一層循環(huán)，見下方第2～7部分，以內(nèi)部（3～6行）產(chǎn)生延時時間為5ms為重復操作對象，重復操作的次數(shù)由外循環(huán)來進行參數(shù)設置，由外部循環(huán)中R7設定為20，這樣重復20次1ms的操作后延時約為100ms，考慮到晶振會帶來點誤差。圖2-11延時子程序（102ms）

考慮在此單循環(huán)程序外再嵌套一層循環(huán)，見下方第2～7部分，以內(nèi)四、任務實施（一）硬件電路同任務一。（二）100ms延時子程序的調(diào)試。這已在延時子程序的設計中完成。（三）編寫完整的主程序和子程序。

ORG0000H

L1:MOVP1,#0FEH；點亮二極管

LCALLDELAY2；延時200ms

MOVP1,#0FFH；關閉二極管

LCALLDELAY2；延時200ms

LJMPL1；返回到首址

ORG0100H

四、任務實施

ORG0000H

L1:MOVP1,#0FEDELAY2:MOVR7,#20；延時200ms子程序D1:MOVR6,#00H

D2:NOP

NOP

DJNZR6,D2

DJNZR7,D1

RET

；返回

END

DELAY2:MOVR7,#20；延時200ms子程序D1（四）進行單燈閃爍綜合調(diào)試。將上述生成的單燈閃爍.hex文件加載到用Proteus繪制的硬件電路CPU后臺，點擊運行，可以觀察到二極管以200ms閃爍的結果圖2-12單燈閃爍電路仿真

（四）進行單燈閃爍綜合調(diào)試。圖2-12單燈閃爍電路仿真五、總結與提高1、純粹的硬件電路設計：硬件定時不占CPU時間，但需通過改變電路的元件參數(shù)來調(diào)節(jié)定時時間，在使用上不方便。2、延時子程序：像本次任務中，CPU大量的時間停留在延時程序中增加了開銷，所以軟件定時時間不宜過長。3、可編程定時器：通過對系統(tǒng)時鐘脈沖的計數(shù)來實現(xiàn)，計數(shù)值通過改變計數(shù)值程序設定。可以不占用CPU的開銷。

五、總結與提高項目二、單片機硬件及指令系統(tǒng)應用—

任務3.跑馬燈

能力目標1.能通過程序的編寫使燈從上依次向下輪流點亮，或從下往上依次輪流點亮。2.能用KeilC進行單步，連續(xù)調(diào)試3.能進行跑馬燈電路綜合調(diào)試學習內(nèi)容1.學習向左或向右轉指令的運用2.狀態(tài)計數(shù)器的設計3.程序流程圖的畫法項目二、單片機硬件及指令系統(tǒng)應用—能力目標一、任務要求P1口的8位分別接著二極管，通過編程依次實現(xiàn)P1口8個二極管由低位到高位依次點亮和熄滅，依次點亮的時間為100ms。二、任務分析通過任務要求分析，需要在P1口產(chǎn)生如下時序：見圖2-13所示。

一、任務要求100ms700ms

P1.023456P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7圖2-13跑馬燈要求P1口產(chǎn)生的時序

100ms700msP1.023456P1.1P1.2P1.通過任務分析，要解決如下問題：（1）100ms的延時子程序，前面任務二中已會運用，更可以直接拿來運用。（2）狀態(tài)轉移的實現(xiàn)。（3）一個時序周期中8個狀態(tài)的記憶問題。通過任務分析，要解決如下問題：三、學習知識（一）狀態(tài)轉移的實現(xiàn)

1、RLA；roundlefta助記例：（A）=81H,RLA

后A7移至A0的后邊，其它位向左移1位，執(zhí)行結果（A）=03H。將累加器A的內(nèi)容左移1位，位A7循環(huán)移入A0，不影響其它的標志位。三、學習知識1、RLA；roundleft2、RLCA和RLA指令一樣都使A中內(nèi)容逐位左移一位，但RLCA將使CY連同A中的內(nèi)容一起左移循環(huán)，A7進入CY，CY進入A0。

例：（A）=81H，CY=0執(zhí)行RLCA后，（A）=02H，CY=1

2、RLCA

例：（A）=81H，CY=0執(zhí)行RLC

3、RRA；roundrightARRA指令的異同點類似于RLA，僅是A中數(shù)據(jù)位移方向向右。例：（A）=81HRRA執(zhí)行結果（A）=0C0H

3、RRA；roundrightAR

4、RRCA指令的異同點類似于RLCA僅是A中數(shù)據(jù)位移方向向右。例：（A）=81H，CY=0執(zhí)行RRCA（A）=40H，CY=1

4、RRCA指令的異同點類似于RLCA僅是A中（二）一個時序周期中8個狀態(tài)的記憶問題

在本任務中我們可以將Rn設為08H，然后進行一次狀態(tài)轉移，Rn就減1，直至減到Rn為0（三）跑馬燈程序周而復始的實現(xiàn)學習指令：無條件轉移指令（4條）1、AJMPaddr11低11位這條指令的實現(xiàn)過程:①首先將當前PC指針加2。②然后用addr11位的地址替換PC指針的低11位，形成新的PC指針而轉移到新的地址。③跳轉的范圍為2K。

（二）一個時序周期中8個狀態(tài)的記憶問題（三）跑馬燈程序周而例：ZHUAN：AJMPaddr11設addr11=001,0000,0011B標號ZHUAN的值為16位地址1230H①PC+21230H+02H=1232H=0001，0010，0011，0010B②替換低11位新的PC值為0001，0001，0000，0011B=1103H

例：ZHUAN：AJMPaddr112、長轉移指令（長跳轉指令）LJMPaddr16執(zhí)行完該條指令時，無條件轉移到指令所提供的16位地址去，所以轉移地址可在64K程序空間內(nèi)跳轉。例：LJMP9000H執(zhí)行完該條指令后，將使程序轉移到9000H單元繼續(xù)執(zhí)行。2、長轉移指令（長跳轉指令）3、相對轉移指令——相對尋址SJMPrel

rel——取值范圍-128～+127（向前向后）采用的是跳轉兩量的補碼（向下為正，向上為負——求補）最終跳轉的目的地為PC+2+rel4、間接轉移指令JMP@A+DPTR該指令是無條件的間接轉移（散轉）指令，一般用于程序的多種出口的實現(xiàn)。

3、相對轉移指令——相對尋址例：根據(jù)累加器A的數(shù)值設計散轉表程序

MOVA，#dataMOVDPTR,#TABLEADDA,#dataJMP@A+DPTRTABLE：AJMPPORT0（PC=TABLE）AJMPPORT1（PC=TABLE1）AJMPPORT2（PC=TABLE2）

例：根據(jù)累加器A的數(shù)值設計散轉表程序條件0data0=0（A）=0PORT0（PC指針）出口0條件1data1=1（A）=1PORT1（PC指針）出口1條件2data2=2（A）=2PORT2（PC指針）出口2┈┈┈┈┈┈（PC指針）┈┈條件Ndatan=n（A）=nPORTN（PC指針）出口N

條件0data0=0PORT0出口0條件1data1=1PO例：設A中為鍵值，試編寫按鍵值處理相應事件的程序段。解：MOVDPTR，#KYEGMOVB，#03HMULABJMP@A+DPTR┈┈KYEG：LJMPKEYG0

LJMPKEYG1

例：設A中為鍵值，試編寫按鍵值處理相應事件的程序段。比較LJMP、AJMP、SJMP、JM