单片机原理和开发应用（6） 第六讲 学习与实验（二）

本讲我们将学习逻辑运算类指令，循环转移类指令的功能和用法，了解子程序和堆栈的概念和用法，以及了解I/O 口的简单操作方法。

表1列出了18条逻辑运算指令、17条控制转移指令及6条循环指令的助记符、功能说明和指令周期数。下面我们仍以TD-Ⅰ型机为例进行了解指令功能利用法的实验，拥有TD－Ⅱ、Ⅲ型机的读者可参照文中程序编制方法，在TD－Ⅱ、Ⅲ型机上进行实验。

［实验1] 逻辑“与”指令实验。

逻辑“与”操作的符号为“∧”。0∧0=0，0∧1（或1∧0）=0，1∧1=1。利用“与”指令可以实现对某存储单元清零或者对其中的某些位清零。例如ANL TH 0，#0 FH指令可将定时/计数器TH 0的高4位清零。

本实验进行FBH∧0 FH操作，列出竖式如下：

机器码为0100H：74 FB 54 OF 22。键入学习程序和上述实验子程序，执行后应显示0BH。

[实验 2] 逻辑“或”指令实验。

逻辑“或”指令操作的符号为“∨”。 0∨0=0，1∨0（或0∨1）=1，1∨1=1。利用“或”指令可以对某个字节的某些位同时置1而不破坏源操作数。请读者列出竖式计算05H∨33H的结果，然后做下面实验：

机器码为0100H：75 90 05 74 33 45 90 22。结果应显示37H。把学习程序中的MOV P1，A指令去掉换成空操作NOP，即F5 90换成00 00。执行后显示05H，说明逻辑“或”操作并未影响P1中原有内容。

[实验 3] 逻辑“异或”指令实验。

逻辑“异或”操作的符号为“3。03ɑ13=0，14ɑ03=1。利用“异或”指令将某单元自身相“异或”可实现清零。请列出竖式计算55H3H，然后进行下面实验：

机器码为0100H：74 55 75 40 00 65 40 22。执行结果应显示55H。将0104H单元中00H换成55H，结果应显示00H（V1～V8全灭）。

［实验4］利用左移指令实现乘2运算。

请用竖式计算29H×2（即29H＋29H），然后做下面实验：

机器码为0100H：74 29 33 22。结果显示52H。

[实验 5] 利用循环移位指令实现累加器A中高半字节内容与低半字节内容互换。实验子程序如下：

机器码为0100H：74 38 23 23 23 23 22。结果显示83H。请改用RR A指令重新实验一下。

［实验 6］根据累加器内容进行跳转指令的实验。

这类指令有JZ、JNZ和CJNZ指令，它们分别判断（A）=0，（A）颍ˋ）≠nnH条件满足时进行跳转。表1指令中的地址偏移量rel用来指示跳转方向和长度。当rel＞0时，表示向地址增加方向跳转；当rel＜0时，表示向回跳转。rel＞0时，其值rel=[目标地址]-{[跳转指令地址]＋［该指令字节数]｝；rel＜0时，则需用补码表示，即我们在上一讲中说的7D=1时该数表示带符号数的负数，这时，rel=FFH-{[跳转指令地址]＋[该指令字节数]－[目标地址]}＋01H。

下面的实验子程序为关键字搜索子程序。在片内RAM的20H、21H单元中存放着5FH、30H这两个数据，该程序用来查找这一段存储区中有无关键字30H。实验子程序如下：

机器码为0100H：75 20 5F 75 21 30 78 20 7A 02 B6 30 02 E8 22 08 1A BA 00 F6 74 00 22。其中标号LOOP1地址为010AH，标号LOOP2地址为010FH，标号A地址为0111H。从LOOP1跳转到LOOP 2的地址偏移量rel=010F－010A-3=02，从A处跳转到LOOP 1的地址偏移量rel=FF－0111－3＋010A＋01=F6。运行上述程序应显示关键字存放的地址值21H。

[实验 7] 循环转移指令实验。

这类指令助记符为DJNZ，它以工作寄存器Rn或片内RAM单元为循环计数器，每运行该指令一次，循环计数器内容减1并继续循环，直到循环计数器内客减至0才停止循环。下面实验子程序是利用循环转移指令对片外扩展RAM中的0220H～027FH单元进行清零的子程序。

机器码为0100 H：7 A 60 90 02 20 74 00 F0 A3 DA FC 22。读者可试着计算从A跳转到LOOP的 地址偏移量rel应为FCH。执行学习程序，待V1～V8全熄灭后，检查6116中0220H～027FH单元内容应全为00 H。把子程序中指令DJNZ R2， LOOP换成DEC R2及CJNE R2，＃00H，LOOP指令再试，结果应一样。

［实验8］ 利用无条件转移指令编制一个简易键盘监控程序。

在键盘监控程序中，通常将各个命令键的服务子程序（KEYn）的入口地址排成一个散转表（TABLE）。程序不断查询各个键，当有键按下后，程序将该命令键的键值送累加器A，根据A的内容跳转到散转表中相应的键服务子程序入口，再由该入口进入键服务子程序。程序如下：

机器码为0100H：E5 90 54 0F B4 0F 03 02 01 00 64 0F 75 F0 03 A4 90 01 20 73/0120 H：02 01 40 02 01 43 02 01 49/0140 H：74 00 22 75 90 3F 02 01 00 75 90 CF 02 01 00。运行该程序后，用一个1～5 kΩ电阻串接一根导线，一端接地，另一端分别触碰8031单片机的0 P 1、1 P 1端，这时V1～V8应分别显示3 FH和CFH，即V3V4、V1V2交替发光。

［实验 9] 调用子程序实验

在程序设计中，常常出现多处都需要完成相同的处理功能。为了简化程序，可将这段被多处用到的程序分离出来，并赋予名称和返回命令（RET），我们称这样的程序为子程序。子程序除可被主程序调用（LCALL、ACALL）外，还可以被另一个子程序调用，这种情况被称为子程序嵌套。

下面我们编制一个延时1秒的延时子程序。

程序中R2、R3、R4分别放有小、中、大循环的循环初值da1、da2、da3。系统工作主频为f\(_{osc}\)＝6MHz，工作周期为Tosc=1/f\(_{osc}\)。8031单片机1个机器周期为工作周期的12倍，即T=12Tosc=2μs。有

设da3=100，da2=10，则解得dal=100。即有（R4）=64H、（R3）=0AH、（R2）=64H。

把这些值代入程序中，则有延时1秒的延时子程序机器码为0200H：7A 64 7B 0A 7C 64 00 00 00 DC FB DB F7 DA F3 22。

为了演示该子程序，我们编制1个轮流显示1秒钟0FH或F0H的程序如下：

当CPU中止执行主程序而转去执行子程序时，需要对断点（即主程序中调用子程序指令下一条指令的地址）加以保护，以便执行完子程序后能准确返回断点，继续执行主程序。为此8031单片机在片内RAM专门划出一段存储区用作断点和其它内容的保护区，这段存储区就是我们所要介绍的堆栈。堆栈的地址由片内RAM的81H单元（表示为SP，称作堆栈指针）的内容指示。8031单片机的堆栈是向上生长的，即栈底设在片内RAM地址较小的位置，每当压入堆栈一个数据时，堆栈指针SP内容自动加1；每当从堆栈弹出一个数据时，堆栈指针SP内容自动减1。单片机复位后，堆栈指针SP内容自动设为07H，即栈底在07H。片内RAM07H～7FH都可用作堆栈。堆栈区的大小可由指令指定，当需要重新设置堆栈时，例如栈底设在50H，则可用指令MOV SP，#50H来实现，此时片内RAM的50H～7FH都被设为堆栈区。

使用调用子程序指令时，只有断点被保护。如果同时要对“现场”进行保护（保护某些专用寄存器或地址单元内容），则应用PUSH指令将这些现场内容压入堆栈。如果有多项内容需要入栈保护，一定要注意“先入后出，后入先出”的栈入、栈出顺序。另外，执行PUSH或调用子程序指令时，SP内容先加1，然后再压入数据到堆栈，所以堆栈将从08H开始。

[实验10] 观察堆栈情况的实验

上述程序有3处参与堆栈操作，先压入堆栈00H，又压入33H，调用子程序时断点000DH被压入堆栈（先压低位0DH，后压高位00H）。该程序机器码为0000H：75 90 00 C0 90 75 40 33 C0 40 12 01 00 D0 40 D0 90 02 00 11／0100 H： 75 90 0F 78 07 90 02 07 7A 05 E6 F0 08 A3 DA FA E5 81 90 02 00 F0 22。执行之，待V1～V8显示00H（全灭）后，检查0207H以后内容：从0208H起到020BH单元内容分别为00H、33H、0DH、00H，0200H中放入的堆栈指针SP内容为0BH。从程序执行结果看到，主程序赋予P1内容为00H，子程序将P1内容变为0FH，由于采用了入栈保护PUSHP1及出栈弹回POP P1，故P1内容未受影响。如果去掉POP P1（即把000FH：D0 90改为00 00），则显示内容变为0FH，P1原有内容受到影响。

8031单片机一般只能提供给用户一个8位I/O口，即P1口。P0口每位的驱动能力为8个LSTTL（低功耗肖特基晶体管晶体管逻辑）负载，P1～P3口每位的驱动能力为4个LSTTL负载（10mA以下）。当8031单片机的P1口用来驱动外设时，需要根据外设负载大小选择不同的驱动电路。例如驱动15mA左右的LED发光二极管时，驱动器可选一般的反相器、缓冲器等；如果驱动多只LED或继电器时，则应选择驱动能力较大的元器件如SN75452（300mA）、MC1413（500 mA）或三极管9013、9012、8050及8550。

［实验11] 利用P1口做一个简单的应答电路。

该电路的电路图如图1所示。现在我们编制一个程序，使得开关S1每按下一次，VH1状态翻转（由亮→灭或由灭→亮）一次。程序如下：

机器码为0000H：02 01 00/010 0H：E5 90 54 01 70 FA 7A 02 12 02 02 E5 90 54 01 70 EF E5 90 54 01 60 FA B2 91 80 E5。

程序采取了消除开关接通或断开时产生的抖动的措施，这也是实用程序中常用到的。

电路的连接方法：为了锻练硬件电路设计能力，建议把图1电路单做在一块板上。由于从下一讲开始我们还要做诸如RAM扩展、I/O扩展等实验，这些实验中电路连线密度较大，一般单面电路板无法完成，所以这里推荐使用《无线电》1990年第12期介绍的“万次多用实验电路板”。该板使用寿命根长，IC及模拟器件可灵活安排，很适合本次讲座学习与实验及开发应用部分的需要。另外也可选用面包板进行实验，但面包板存在一个严重缺陷，就是使用几次后，接脚变松，易出现虚接现象。尤其对布线密度较大的电路，一旦出现这类问题，查找起来非常麻烦。从学习（开发）机中引出电源和各种信号线的方法是将一个40脚IC插座“趴伏”于8031单片机芯片之上（注意缺口方向应一致），使插脚与IC引脚一一对应并焊牢。VCC、地线、0P1、1P1以及以后用到的P1口其它引线、P2口、P3口、P0口等引线均可由此插座引出。低8位地址线0A～7A可用同样办法从地址锁存器74LS373上获得。为保证引出可靠方便，可再找一IC插座将需要引出信号焊线引出，使用时将这只IC插座插到8031上的IC插座即可，不用时可拔下。按上述方法连好图1电路后，键入本程序和实验9的延时程序，就可以运行实验了。(周振安)