淺析8051模塊化編程技巧

程序設(shè)計就是用計算機(jī)所能接受的語言把解決問題的步驟描述出來，也就是把計算機(jī)指令或語句組成一個有序的集合。一個好的應(yīng)用程序不僅是執(zhí)行效率高，而且還要結(jié)構(gòu)清晰、便于調(diào)試。所以人們都采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法來編制應(yīng)用程序。對于每一個初學(xué)者來說更應(yīng)該養(yǎng)成習(xí)慣，從簡單的程序編制開始就采用這種模塊化結(jié)構(gòu)。

目前在8051 單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)中主要有兩種編程語言：匯編語言和C51 語言。C51 語言是一種結(jié)構(gòu)化的編程語言，采用C51 編寫的應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)清晰、模塊化程度高、可讀性強(qiáng)、并容易移植。但C51 語言也有缺點(diǎn)，就是編譯后生成的目標(biāo)代碼空間要比匯編的大。

而且目前單片機(jī)的教材還是側(cè)重于匯編語言。因此學(xué)習(xí)用單片機(jī)匯編語言程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計還是很有必要的。我們知道C51 語言是函數(shù)式語言，其程序由函數(shù)構(gòu)成，每一個源程序有且只有一個主函數(shù)main（） 和若干個函數(shù)組成。其中每一個函數(shù)都用于完成某一特定任務(wù)。也就是說，一個項目若具有幾個功能，實(shí)現(xiàn)這些功能就會需要由若干個任務(wù)來完成，那么它的源程序中就會有若干個或以上的函數(shù)。而在匯編語言中，源程序中只有程序和子程序。那么我們能否以子程序為基本單位，用一個子程序?qū)崿F(xiàn)一種功能來做到模塊化編程呢？實(shí)踐證明是可行的。但在編制程序中不要忘記匯編語言的特點(diǎn)，注意子程序之間對單片機(jī)資源的使用，避免不同子程序交叉共用同一資源引起程序的錯誤執(zhí)行。子程序嵌套調(diào)用的級數(shù)等。本文以“60秒倒計時電路”為例談一談51 單片機(jī)匯編語言模塊化編程的一點(diǎn)技巧。

　　一、60秒倒計時電路及編程

1. 功能要求

所謂倒計時，就是首先給定一個初始值，然后對初始值進(jìn)行減“1”操作，直到該值為“0”為止。60 秒倒計時就是對給定的初始值“60”每隔1 秒鐘對其進(jìn)行減“1”，一直減到該值為“0”為止。

該倒計時電路要求有兩個按鈕。一個是“復(fù)位”按鈕，按下按鈕設(shè)置倒計時初始值，并把指示燈熄滅；另一個是“開始”按鈕，按下按鈕開始倒計時。并用兩位LED 數(shù)碼管顯示當(dāng)前倒計時值。計時時間到，指示燈點(diǎn)亮。

2. 電路組成

實(shí)現(xiàn)上述功能要求的單片機(jī)接口電路如圖1 所示。

圖1 單片機(jī)接口電路

圖中用按鈕SB1 作為“置初值”按鈕，按鈕SB2 作為“開始”按鈕。按下SB1 按鈕，將顯示值設(shè)置為“60”。
按下按鈕SB2，每隔一秒顯示值減“1”，直到值為“0”
停止計數(shù)。按鈕和指示燈接在P0 口上，P0.0 為初始按鈕，P0.1 為開始按鈕，P0.7 為指示燈。十位LED 數(shù)碼管接P2 口，個位LED 數(shù)碼管接P1 口。圖2 為單片機(jī)基本系統(tǒng)電路。

圖2 單片機(jī)基本系統(tǒng)電路

3. 功能分析

根據(jù)60 秒倒計時的功能要求，需要單片機(jī)完成以下任務(wù)：

⑴ 按鍵掃描。用來判斷有沒有鍵被按下，是哪個鍵被按下？根據(jù)不同的鍵，給出相應(yīng)的鍵值。
⑵ 計時顯示。這里時間值使用的是兩位數(shù)，故需要將被顯示的時間值取出個位數(shù)和十位數(shù)，然后才能進(jìn)行顯示。
⑶ 被顯示數(shù)轉(zhuǎn)換成7 段碼。由于單片機(jī)中的數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制形式存放或運(yùn)算的。而這里輸出顯示使用了兩位LED 數(shù)碼管來顯示計時數(shù)值的，一個被顯示的數(shù)要點(diǎn)亮數(shù)碼管的某幾段才能顯示出這個數(shù)，不同的數(shù)需要點(diǎn)亮數(shù)碼管的不同段。因此需要將被顯示的這個數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的顯示段碼，才能被正確顯示出來。
⑷ 延時。包括1秒鐘延時和按鍵消抖的10毫秒延時。

⒋ 程序編制

程序按實(shí)現(xiàn)功能采用模塊化結(jié)構(gòu)，有一個主程序和若干個子程序組成。每個子程序分別是完成某個任務(wù)的獨(dú)立模塊，有時會用到調(diào)用參數(shù)。本實(shí)例共有5 個子程序，分別是按鍵掃描子程序、10ms 延時子程序、1s 延時子程序、顯示子程序、取段碼子程序。

⑴ 按鍵掃描子程序

按鍵掃描子程序完成對按鍵進(jìn)行掃描，確定有沒有鍵被按下，當(dāng)有鍵被按下并抬起后將相關(guān)鍵值返回給主程序的任務(wù)。其流程如圖3 所示。該子程序沒有入口參數(shù)，但有一個出口參數(shù)，即按鍵的鍵值，存放在寄存器R3 中。寄存器R3 中的值為“60H”表示SB1 鍵被按下；寄存器R3 中的值為“00H”表示SB2 鍵被按下。

圖3 按鍵掃描子程序流程圖

按照圖3 的流程圖和51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)編制的子程序如下：
;----------- 按鍵掃描描--------------
; 出口參數(shù)鍵值存放在寄存器R3 中，用于識別哪個鍵。
;R3=60H, 說明SB1 被按下；R3=00H, 說明SB2 被按下
key_scan: jnb kb_init, k1check ; SB1 按下轉(zhuǎn)移
jnb kb_begin, k2check ; SB2 按下轉(zhuǎn)移
sjmp ksr ;
k1check: acall del10 ; 調(diào)用毫秒延時，去抖
jb kb_init, ksr ; 干擾，返回
jnb kb_init,$ ; 等待按鍵釋放
mov r3, #60h; 是SB1，鍵值“60H”送寄存器R3
sjmp ksr ; 是，不進(jìn)行任何操作返回
k2check: acall del10 ; 調(diào)用毫秒延時，去抖
jb kb_begin, ksr ; 干擾，返回
jnb kb_begin,$ ; 等待按鍵釋放
mov r3, #00h; 是SB2，鍵值“00H”送寄存器R3
ksr: ret ; 返回
;---------------------------------
⑵ 顯示子程序
顯示子程序完成從被顯示值中取出十位數(shù)將其轉(zhuǎn)換成顯示斷碼，并送單片機(jī)的P2 口；從被顯示值中取出個位數(shù)將其轉(zhuǎn)換成顯示斷碼，并送單片機(jī)的P1 口任務(wù)。其流程如圖4 所示。該子程序有一個入口參數(shù)，即被顯示的值，存放在寄存器R2 中。

圖4 顯示子程序流程圖

按照圖4 的流程圖和51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)編制的子程序如下：

;------------ 顯示子程序------------
; 入口參數(shù)存放在寄存器R2 中
display:mov a, r2 ; 取被顯示值
mov b, #10; 取被顯示值的十位數(shù)
div ab;
acall seg7; 調(diào)用轉(zhuǎn)換子程序，取顯示斷碼
mov p2, a ; 十位數(shù)段碼送P2 口
mov a, b; 取個位數(shù)
acall seg7 ; 調(diào)用轉(zhuǎn)換子程序，取顯示斷碼
mov p1, a ; 個位數(shù)段碼送P1 口
ret ; 返回
;---------------------------------

⑶ 取段碼子程序

取段碼子程序完成將被顯示的數(shù)轉(zhuǎn)換成7 段共陽LED 數(shù)碼管對應(yīng)數(shù)的段碼的任務(wù)。其流程如圖5 所示。

圖5 取段碼子程序流程圖

該子程序有一個入口參數(shù)和一個出口參數(shù)。入口參數(shù)就是被顯示的數(shù)，出口參數(shù)就是該數(shù)的段碼（相應(yīng)位=0表示亮），都存放在累加器A 中。

按照圖5 的流程圖和51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)編制的子程序如下：
;-------------- 取段碼--------------
; 對累計器A 中的值由查表得到顯示斷碼
; 入口和出口參數(shù)存放在累計器A 中
seg7: inc a ; 取被顯示數(shù)，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 延時子程序

延時子程序完成一定的延時時間任務(wù)。這里有兩個延時時間不同的子程序（也可以調(diào)用100 次10mS 做1S 延遲），其流程如圖6 所示。延時子程序沒有入口和出口參數(shù)。

圖6 延時子程序流程圖

按照圖6 的流程圖和51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)編制的子程序如下：

;----------- 延時10ms 程序----------
; 用到寄存器組1 中的R6 和R7 寄存器
del10: setb psw.3 ; 切換至第1 組寄存器
mov r7, #0bh ;
dl1: mov r6, #0ffh ;
dl2: djnz r6, dl2 ;
djnz r7, dl1;
clr psw.3 ; 切換至第0 組寄存器
ret ;
;---------------------------------
;------------- 延時1s 程序-----------
; 用到寄存器組1 中的R1、R2 和R3 寄存器
del1s: setb psw.3 ; 選用寄存器區(qū)1
mov r1 , #46; 立即數(shù)46 送寄存器R1
del0: mov r2 , #100; 立即數(shù)100 送寄存器R2
del1: mov r3 , #100 ; 立即數(shù)100 送寄存器R3
djnz r3 , $ ; 寄存器R3 中的內(nèi)容減1，不為零轉(zhuǎn)移到當(dāng)
前指令
djnz r2 , del1; 寄存器R2 中的內(nèi)容減1，不為零轉(zhuǎn)移到
del1
djnz r1 , del0; 寄存器R1 中的內(nèi)容減1，不為零轉(zhuǎn)移到
del0
clr psw.3 ; 選用寄存器區(qū)0
ret ; 子程序返回
;---------------------------------

⑸ 主程序編制

主程序需要實(shí)現(xiàn)的功能是：完成單片機(jī)端口定義；初始化任務(wù)；調(diào)用鍵掃描子程序，根據(jù)按鍵狀態(tài)實(shí)現(xiàn)置初值或進(jìn)行倒計時，并調(diào)用顯示子程序等。其流程如圖7 所示。

圖7 主程序編制流程圖

按照圖7 的流程圖和51 單片機(jī)的指令系統(tǒng)、以上編制的各子程序，主程序如下：
;**********************************************************
; 文件名：counter.asm 功能：60 秒倒計時
; 說明：p2 和p1 口分別接一個LED 數(shù)碼管， 顯示兩位
十進(jìn)制數(shù)。
; p0.0 和p0.1 口接置初值按鈕和開始倒計時按鈕，p0.7
接提示LED。
; 晶振頻率11.0592MHz.
;**********************************************************
;------------ 端口定義--------------
kb_init bit p0.0 ; 置初值按鈕定義
kb_begin bit p0.1 ; 開始按鈕定義
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 ; 按掃描鍵
mov a, r3 ; 取返回值
cjne a, #60h, lp1 ; 非SB1 按鍵轉(zhuǎn)移
mov r2, #60 ; 初值送寄存器R2
setb p0.7 ; 清指示燈
acall display ; 調(diào)顯示子程序
ajmp main ; 轉(zhuǎn)移
lp1: mov a, r3 ; 取返回值
cjne a, #00h, main ; 非SB2 按鍵轉(zhuǎn)移
setb p0.7
mov r2, #60
lp2: acall display
acall del1s ; 調(diào)用1 秒延時子程序
dec r2
cjne r2, #00h,lp2
acall display
clr p0.7
mov r3, #0ffh
ajmp main
;=================================

　　二、Keil C 中編譯

1. 新建項目

打開“Keil C”軟件，新建一個項目。項目名也不妨為“counter”。

點(diǎn)擊桌面上的圖標(biāo) ，進(jìn)入Keil C51 μVision2集成開發(fā)環(huán)境。在主界面上點(diǎn)下拉菜單“Project”，選“New Project?”命令。在彈出的對話框中將項目命名為“counter”。點(diǎn)“保存”按鈕，選“Atmel”下的“AT89S52”后返回。

2. 添加源程序

打開已建立的文件“counter.asm”；并將該文件添加到“Source Group 1”中。
在μVision2 主界面上點(diǎn)擊打開文件按鈕 ，在彈出的對話框內(nèi)找到剛才新建并保存的文件“counter.asm”。點(diǎn)“打開”按鈕打開。
在中間左邊的“項目空間（Project Workspace）”內(nèi)，點(diǎn)擊“+”展開。再用右鍵點(diǎn)擊“Source Group 1”文件夾，在彈出的菜單命令中選“Add Files to group‘Source Group 1’”。

3. 參數(shù)設(shè)置

在“Options for Target‘ Target 1’”中的“Output”標(biāo)簽頁上進(jìn)行設(shè)置。
點(diǎn)下拉菜單“Project”， 選“Options for Target‘Target 1’”。在彈出對話框上的“Target”標(biāo)簽頁內(nèi)，把單片機(jī)的運(yùn)行頻率調(diào)整為11.0592MHz。在“Output”標(biāo)簽頁上，點(diǎn)“Create HEX File”前的復(fù)選框，使其內(nèi)出現(xiàn)“√”，這樣編譯后就能生成目標(biāo)文件了。點(diǎn)“確定”按鈕返回。

4. 程序編譯

點(diǎn)編譯和建立目標(biāo)文件，得到“counter.hex”文件。
在μVision2 主界面上點(diǎn)重新編譯按鈕，對源程序文件進(jìn)行編譯，結(jié)果如圖8 所示。

圖8

　　三、Preteus仿真

ISIS 仿真圖如圖9 所示。設(shè)置CPU:89C51 的特性，加載counter.HEX 代碼加載，運(yùn)行仿真。將光標(biāo)移至按鈕SB1，使光標(biāo)變成一只“手”時，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，使按鈕按下。按鈕釋放后，數(shù)碼管顯示值加“60”，如圖9 所示。啟動倒計時。將光標(biāo)移至按鈕SB2，使光標(biāo)變成一只“手”時，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，使按鈕按下。按鈕釋放后倒計時開始。

圖9ISIS 仿真圖

四、基本系統(tǒng)上運(yùn)行

用單片機(jī)基本系統(tǒng)板來驗證程序，首先準(zhǔn)備好實(shí)驗用器材基本系統(tǒng)板、下載器、電源和萬能板及所需元器件。然后按下面步驟進(jìn)行操作。

⒈在應(yīng)用實(shí)驗板上按圖1 焊接好電阻、電容、數(shù)碼管和接插件、按鈕等。

⒉拔去最小系統(tǒng)板上的跳線J101、J102、J103，插上AT89S52 芯片。將下載線的接口板插入電腦的并口上，連接電纜把最小系統(tǒng)與接口板連好，再在最小系統(tǒng)上接上電源。如圖10 所示。

圖10

⒊打開下載軟件，并設(shè)置好有關(guān)參數(shù)；加載待寫文件“counter.hex”；點(diǎn)“編程”按鈕下載程序。必要時須先對芯片進(jìn)行“擦寫”（ 若該芯片中曾燒錄過程序）。

⒋完成上面的操作后，關(guān)閉電源，拔下連接電纜，插上跳線J101，接上實(shí)驗電路。

⒌上電驗證程序，按下按鍵SB1 置初值，按下按鍵SB2 開始倒計時。若不符合要求則進(jìn)行修改（可以先在μVision2 進(jìn)行調(diào)試或Proteus 中仿真）。

⒍重復(fù)上述步驟直到實(shí)現(xiàn)要求的功能。

　　五、結(jié)束語

用匯編語言編制應(yīng)用程序時雖然要考慮單片機(jī)的硬件資源的分配，且實(shí)現(xiàn)相同功能時的語句可能比C51 編程更多，匯編的模塊按結(jié)構(gòu)化編程，同樣也能編制出結(jié)構(gòu)清晰、功能明確、可讀性強(qiáng)、的應(yīng)用程序。