8051模块化编程分析

     程序设计就是用计算机所能接受的语言把解决问题的步骤描述出来，也就是把计算机指令或语句组成一个有序的集合。一个好的应用程序不仅是执行效率高，而且还要结构清晰、便于调试。所以人们都采用结构化程序设计方法来编制应用程序。目前单片机的教材侧重于汇编语言。因此学习用单片机汇编语言程序进行结构化设计还是很有必要的。本文以“60秒倒计时电路”为例谈一谈51 单片机汇编语言模块化编程的一点技巧。

　　一、60秒倒计时电路及编程

　　1. 功能要求

　　所谓倒计时，就是首先给定一个初始值，然后对初始值进行减“1”操作，直到该值为“0”为止。60 秒倒计时就是对给定的初始值“60”每隔1 秒钟对其进行减“1”，一直减到该值为“0”为止。

　　该倒计时电路要求有两个按钮。一个是“复位”按钮，按下按钮设置倒计时初始值，并把指示灯熄灭；另一个是“开始”按钮，按下按钮开始倒计时。并用两位LED 数码管显示当前倒计时值。计时时间到，指示灯点亮。

　　2. 电路组成

　　实现上述功能要求的单片机接口电路如图1 所示。

图1 单片机接口电路 

　　图中用按钮SB1 作为“置初值”按钮，按钮SB2 作为“开始”按钮。按下SB1 按钮，将显示值设置为“60”。

　　按下按钮SB2，每隔一秒显示值减“1”，直到值为“0”

　　停止计数。按钮和指示灯接在P0 口上，P0.0 为初始按钮，P0.1 为开始按钮，P0.7 为指示灯。十位LED 数码管接P2 口，个位LED 数码管接P1 口。图2 为单片机基本系统电路。

图2 单片机基本系统电路

　　3. 功能分析

　　根据60 秒倒计时的功能要求，需要单片机完成以下任务：

　　⑴ 按键扫描。用来判断有没有键被按下，是哪个键被按下？根据不同的键，给出相应的键值。

　　⑵ 计时显示。这里时间值使用的是两位数，故需要将被显示的时间值取出个位数和十位数，然后才能进行显示。

　　⑶ 被显示数转换成7 段码。由于单片机中的数据都是以二进制形式存放或运算的。而这里输出显示使用了两位LED 数码管来显示计时数值的，一个被显示的数要点亮数码管的某几段才能显示出这个数，不同的数需要点亮数码管的不同段。因此需要将被显示的这个数转换成相应的显示段码，才能被正确显示出来。

　　⑷ 延时。包括1秒钟延时和按键消抖的10毫秒延时。

　　⒋ 程序编制

　　程序按实现功能采用模块化结构，有一个主程序和若干个子程序组成。每个子程序分别是完成某个任务的独立模块，有时会用到调用参数。本实例共有5 个子程序，分别是按键扫描子程序、10ms 延时子程序、1s 延时子程序、显示子程序、取段码子程序。

　　⑴ 按键扫描子程序

　　按键扫描子程序完成对按键进行扫描，确定有没有键被按下，当有键被按下并抬起后将相关键值返回给主程序的任务。其流程如图3 所示。该子程序没有入口参数，但有一个出口参数，即按键的键值，存放在寄存器R3 中。寄存器R3 中的值为“60H”表示SB1 键被按下；寄存器R3 中的值为“00H”表示SB2 键被按下。

图3 按键扫描子程序流程图

　　按照图3 的流程图和51 单片机的指令系统编制的子程序如下：

　　;----------- 按键扫描描--------------

　　; 出口参数键值存放在寄存器R3 中，用于识别哪个键。

　　;R3=60H, 说明SB1 被按下；R3=00H, 说明SB2 被按下

　　key_scan: jnb kb_init, k1check ; SB1 按下转移

　　jnb kb_begin, k2check ; SB2 按下转移

　　sjmp ksr ;

　　k1check: acall del10 ; 调用毫秒延时，去抖

　　jb kb_init, ksr ; 干扰，返回

　　jnb kb_init,$ ; 等待按键释放

　　mov r3, #60h; 是SB1，键值“60H”送寄存器R3

　　sjmp ksr ; 是，不进行任何操作返回

　　k2check: acall del10 ; 调用毫秒延时，去抖

　　jb kb_begin, ksr ; 干扰，返回

　　jnb kb_begin,$ ; 等待按键释放

　　mov r3, #00h; 是SB2，键值“00H”送寄存器R3

　　ksr: ret ; 返回

　　;---------------------------------

　　⑵ 显示子程序

　　显示子程序完成从被显示值中取出十位数将其转换成显示断码，并送单片机的P2 口；从被显示值中取出个位数将其转换成显示断码，并送单片机的P1 口任务。其流程如图4 所示。该子程序有一个入口参数，即被显示的值，存放在寄存器R2 中。

图4 显示子程序流程图

　　按照图4 的流程图和51 单片机的指令系统编制的子程序如下：

　　;------------ 显示子程序------------

　　; 入口参数存放在寄存器R2 中

　　display:mov a, r2 ; 取被显示值

　　mov b, #10; 取被显示值的十位数

　　div ab;

　　acall seg7; 调用转换子程序，取显示断码

　　mov p2, a ; 十位数段码送P2 口

　　mov a, b; 取个位数

　　acall seg7 ; 调用转换子程序，取显示断码

　　mov p1, a ; 个位数段码送P1 口

　　ret ; 返回

　　;---------------------------------

　　⑶ 取段码子程序

　　取段码子程序完成将被显示的数转换成7 段共阳LED 数码管对应数的段码的任务。其流程如图5 所示。

图5 取段码子程序流程图

　　该子程序有一个入口参数和一个出口参数。入口参数就是被显示的数，出口参数就是该数的段码（相应位=0表示亮），都存放在累加器A 中。

　　按照图5 的流程图和51 单片机的指令系统编制的子程序如下：

　　;-------------- 取段码--------------

　　; 对累计器A 中的值由查表得到显示断码

　　; 入口和出口参数存放在累计器A 中

　　seg7: inc a ; 取被显示数，累加器A 加1

　　movc a, @a+pc ; 查表

　　ret ; 返回

　　db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h;0123

　　db 99h,92h,82h,0f8h;4567

　　db 80h,90h,88h,83h;89AB

　　db 0c6h,0a1h,86h,8eh;cdEF

　　;---------------------------------

　　⑷ 延时子程序

　　延时子程序完成一定的延时时间任务。这里有两个延时时间不同的子程序（也可以调用100 次10mS 做1S 延迟），其流程如图6 所示。延时子程序没有入口和出口参数。

图6 延时子程序流程图

　　按照图6 的流程图和51 单片机的指令系统编制的子程序如下：

　　;----------- 延时10ms 程序----------

　　; 用到寄存器组1 中的R6 和R7 寄存器

　　del10: setb psw.3 ; 切换至第1 组寄存器

　　mov r7, #0bh ;

　　dl1: mov r6, #0ffh ;

　　dl2: djnz r6, dl2 ;

　　djnz r7, dl1;

　　clr psw.3 ; 切换至第0 组寄存器

　　ret ;

　　;---------------------------------

　　;------------- 延时1s 程序-----------

　　; 用到寄存器组1 中的R1、R2 和R3 寄存器

　　del1s: setb psw.3 ; 选用寄存器区1

　　mov r1 , #46; 立即数46 送寄存器R1

　　del0: mov r2 , #100; 立即数100 送寄存器R2

　　del1: mov r3 , #100 ; 立即数100 送寄存器R3

　　djnz r3 , $ ; 寄存器R3 中的内容减1，不为零转移到当

　　前指令

　　djnz r2 , del1; 寄存器R2 中的内容减1，不为零转移到

　　del1

　　djnz r1 , del0; 寄存器R1 中的内容减1，不为零转移到

　　del0

　　clr psw.3 ; 选用寄存器区0

　　ret ; 子程序返回

　　;---------------------------------

　　⑸ 主程序编制

　　主程序需要实现的功能是：完成单片机端口定义；初始化任务；调用键扫描子程序，根据按键状态实现置初值或进行倒计时，并调用显示子程序等。其流程如图7 所示。

图7 主程序编制流程图

　　按照图7 的流程图和51 单片机的指令系统、以上编制的各子程序，主程序如下：

　　;**********************************************************

　　; 文件名：counter.asm 功能：60 秒倒计时

　　; 说明：p2 和p1 口分别接一个LED 数码管， 显示两位

　　十进制数。

　　; p0.0 和p0.1 口接置初值按钮和开始倒计时按钮，p0.7

　　接提示LED。

　　; 晶振频率11.0592MHz.

　　;**********************************************************

　　;------------ 端口定义--------------

　　kb_init bit p0.0 ; 置初值按钮定义

　　kb_begin bit p0.1 ; 开始按钮定义

　　warn bit p0.7 ; 提示

　　;---------------------------------

　　org 0000h

　　ajmp begin

　　;============ 主程序===============

　　org 00b0h

　　begin:

　　mov sp, #50h ; 初始化

　　mov p0, #0ffh

　　mov p1, #0ffh

　　mov p2, #0ffh

　　mov r2, #60

　　mov r3, #0ffh

　　main:

　　lcall key_scan ; 按扫描键

　　mov a, r3 ; 取返回值

　　cjne a, #60h, lp1 ; 非SB1 按键转移

　　mov r2, #60 ; 初值送寄存器R2

　　setb p0.7 ; 清指示灯

　　acall display ; 调显示子程序

　　ajmp main ; 转移

　　lp1: mov a, r3 ; 取返回值

　　cjne a, #00h, main ; 非SB2 按键转移

　　setb p0.7

　　mov r2, #60

　　lp2: acall display

　　acall del1s ; 调用1 秒延时子程序

　　dec r2

　　cjne r2, #00h,lp2

　　acall display

　　clr p0.7

　　mov r3, #0ffh

　　ajmp main

　　;=================================

　　二、Keil C 中编译

　　1. 新建项目

　　打开“Keil C”软件，新建一个项目。项目名也不妨为“counter”。

　　点击桌面上的图标 ，进入Keil C51 μVision2集成开发环境。在主界面上点下拉菜单“Project”，选“New Project?”命令。在弹出的对话框中将项目命名为“counter”。点“保存”按钮，选“Atmel”下的“AT89S52”后返回。

　　2. 添加源程序

　　打开已建立的文件“counter.asm”；并将该文件添加到“Source Group 1”中。

　　在μVision2 主界面上点击打开文件按钮 ，在弹出的对话框内找到刚才新建并保存的文件“counter.asm”。点“打开”按钮打开。

　　在中间左边的“项目空间（Project Workspace）”内，点击“+”展开。再用右键点击“Source Group 1”文件夹，在弹出的菜单命令中选“Add Files to group‘Source Group 1’”。

　　3. 参数设置

　　在“Options for Target‘ Target 1’”中的“Output”标签页上进行设置。

　　点下拉菜单“Project”， 选“Options for Target‘Target 1’”。在弹出对话框上的“Target”标签页内，把单片机的运行频率调整为11.0592MHz。在“Output”标签页上，点“Create HEX File”前的复选框，使其内出现“√”，这样编译后就能生成目标文件了。点“确定”按钮返回。

　　4. 程序编译

　　点编译和建立目标文件，得到“counter.hex”文件。

　　在μVision2 主界面上点重新编译按钮，对源程序文件进行编译，结果如图8 所示。

图8

　　三、Preteus仿真

　　ISIS 仿真图如图9 所示。设置CPU:89C51 的特性，加载counter.HEX 代码加载，运行仿真。将光标移至按钮SB1，使光标变成一只“手”时，点击鼠标左键，使按钮按下。按钮释放后，数码管显示值加“60”，如图9 所示。启动倒计时。将光标移至按钮SB2，使光标变成一只“手”时，点击鼠标左键，使按钮按下。按钮释放后倒计时开始。源程序counter.DSN 请到www.ele169.com 下载。

图9ISIS 仿真图

　　四、基本系统上运行

　　用单片机基本系统板来验证程序，首先准备好实验用器材基本系统板、下载器、电源和万能板及所需元器件。然后按下面步骤进行操作。

　　⒈在应用实验板上按图1 焊接好电阻、电容、数码管和接插件、按钮等。

　　⒉拔去最小系统板上的跳线J101、J102、J103，插上AT89S52 芯片。将下载线的接口板插入电脑的并口上，连接电缆把最小系统与接口板连好，再在最小系统上接上电源。如图10 所示。

图10

　　⒊打开下载软件，并设置好有关参数；加载待写文件“counter.hex”；点“编程”按钮下载程序。必要时须先对芯片进行“擦写”（ 若该芯片中曾烧录过程序）。

　　⒋完成上面的操作后，关闭电源，拔下连接电缆，插上跳线J101，接上实验电路。

　　⒌上电验证程序，按下按键SB1 置初值，按下按键SB2 开始倒计时。若不符合要求则进行修改（可以先在μVision2 进行调试或Proteus 中仿真）。

　　⒍重复上述步骤直到实现要求的功能。

　　五、结束语

　　用汇编语言编制应用程序时虽然要考虑单片机的硬件资源的分配，且实现相同功能时的语句可能比C51 编程更多，汇编的模块按结构化编程，同样也能编制出结构清晰、功能明确、可读性强、的应用程序。