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通俗易懂讲PIC单片机:从一窍不通到入门进步

时间:2018-03-07 来源:

单片机入门不难------谈PIC系列(转自矿石收音机论坛---崂山)十年前的老帖子,讲得通俗易懂,分享之。

请看图1

 

 

这个8条腿的小螃蟹就是我们的第一顿饭,只要把它吃下去,以后的大餐就好办了。

第1、8条腿接电源 +5V 和 地线。头两条腿是螃蟹钳子,好吃的很。 现在剩下了 6 条腿

第2、3条腿 使用时外接一个晶振的东西 我们接一个 4 MHz的。

第4条腿是复位脚,是一个信号输入脚。单片机正常运行时接高电平。当有一个低电平脉冲输入到这个脚时单片机就复位。所谓复位就是单片机内部所有的工作部件统统回到规定的状态,程序也复位到头一句上开始逐条运行。例如,你设计的一个报警锁定的 LED红灯亮后,当需要解除报警时,用一个按钮给这个脚瞬时接地一下,相当于给它一个夫脉冲,系统就复位了,led灯就熄灭了,程序从头开始。

以上5个脚,几乎所有单片机都有,包括世界上最复杂的,和世界比较简单的单片机-----PIC12CE519

轮到底几条腿啦?奥是第5条腿,这条叫单片机的 I/O 脚。就是输入输出脚。你可通过程序动态地控制它作为输入或输出,作为输出时可以程序控制它的输出电平为高1或低0。所以,他的工作状态有四种:输入0,输入1,输出0,输出1

剩下的两条腿和第5脚功能一个样。

上边我们已经把8条腿消化掉了,其实我们要弄明白的也就3只腿,我们再简单一些,先整明白两条腿,即GP0,GP1.这两条腿低级一点的用法,可以控制继电器,LED灯,高级一些的用法可以进行I2C总线,RS232总线的通信,作为扩展输入可以模拟出来A/D转换器(6--7bit),可以测量一个电阻的粗略值。作为输出也可以直接推动扬声器奏出音乐。这是后话暂且不提。

现在要控制使用这两只腿,我这个三脚猫功夫的说书的不得不讲一下软件了,要想讲明白软件又不得不涉及到单片机的内部结构。那位说啦,你可别提这软件和结构了,以前俺就是让它们打败的,现在听到这个心里就打鼓。嘿嘿,不要紧,果真如你所说,那你就不妨跟着我再失败一次, 反正吗多一次失败又不纳税,嘿嘿。不过你也要有思想准备,彻底弄明白是个渐进的过程。

要说这程序和单片机内部结构,还真是老大难,不过蟹黄蟹肉都可都在里面。我现在要是给你说PIC单片机是哈佛结构的,51系列是冯-诺伊曼结构的,恐怕你要立马扎走人了。所以我得用点心思不让你溜号。

好在PIC系列的制造商(microchip 微芯公司 美国)理解我等苦衷,全部只有35条指令,而且有一些指令我们一般很少使用,常用的也就十几句,用的时候查手册,无需记忆。就算我们两天学习一句,也就两三个月时间,总比到老了还怕它们强啊。废话少说先看下面的两个例语:

my_name006: movlw 02h '常数2进入w

movwf GPIO 'W 的数进入 寄存器GPIO

这就是我们编的程序里的两个句子,也叫源程序。有以下特点

每行只能写一句话

每句话由四部分组成:

标号: 操作指令 操作数 '程序注释

下面我结合例子把这四部分解释一下。

第一部分 my_name006: 叫做标号,它是由字母或数字组成,由冒号结束。标号可有可无,比如第二句就没有标号。

第二部分movlw 叫做操作指令。它是必须有的,不能省略。PIC 系列的单片机共有 35 条指令。

第三部分02h 叫做操作数。有的指令没有操作数或者操作数是默认的,也不用写。

第四部分是程序注释,必须以单引号开头,主要作用是提醒和备忘。注释也是可有可无。

第二个例句中,省略了标号,当然注释也可以省略。他的指令是movwf, 操作数是GPIO。操作数不一定是数字,也可能是一个由字母组成的字符串。

知道了语句格式以后,我们下面就学习一些常用语句。我们先把这两个例句弄清楚。

这两句话的作用是把 2 这个常数写入到 GPIO 这个寄存器里。

单片机里有一些部件需要我们使用和操作,都是通过读写寄存器来实现的。每个部件都对应有操控它的寄存器,例如我们要控制使用的管脚GP0,GP1 这两个管脚对应的寄存器就叫做GPIO。对GPIO寄存器读操作,实际等效察看管脚电平的高低;对GPIO寄存器相应的位写1操作,实际等校让管脚输出高电平。写0,输出低电平。

每个寄存器可以储存一个八位的二进制数。这八个位的每个位都有名称,从左向右的名称是:

左端第首位名称叫D7,

左端第二位名称叫D6,

左端第三位名称叫D5,

左端第四位名称叫D4,

左端第五位名称叫D3,

左端第六位名称叫D2,

左端第七位名称叫D1,

最后一位叫D0,

而每一个位对应一个管脚的电平,例如当GPIO寄存器的D0位等于1时表示管脚GP0 的电平是高电平。D0位等于0时表示管脚GP0 的电平是低电平。常数2的八位二进制表示是“00000010” 所以,GPIO寄存器存放的8位2进制数的每个位的值以及管脚电平是:

D7对 应于内部总线管脚的电平 D7=0 内部总线管脚输出低电平

D6对应于内部总线管脚的电平 D6=0 内部总线管脚输出低电平

D5对应于GP5 管脚的电平 D5=0 GP5 管脚输出低电平

D4对应于GP4 管脚的电平 D4=0 GP4 管脚输出低电平

D3对应于GP3 管脚的电平 D3=0 GP3 管脚输出低电平

D2对应于GP2 管脚的电平 D2=0 GP2 管脚输出低电平

D1对应于GP1 管脚的电平 D1=1 GP1 管脚输出低电平

D0对应于GP0 管脚的电平 D0=0 GP0 管脚输出低电平

GP0---GP5管脚我们可以从上一讲的图1硬件中查出所对应的管脚。d7 d6 对应的内部时钟和数据总线我们现在暂且不要管它。以后本事大了在调教它们。在我们的例句中,向GPIO寄存器写入了2,常数2的八位二进制表示是“00000010” 因此如果此时GP0, Gp1等都已经被定义成输出的话,那么GP1输出高电平(接LED灯亮),GP0 输出低电平(所接led灯熄) 。

截止到现在,你已经学会如何控制管脚的电平高低了。尽管还有一些疑问,比如怎样定义管脚为输出脚(以后会说),我得说如果事先gp1,gp0这两个管脚处于输入状态,这两个例句无效,是控制不了电平的。

无论如何,这一会儿,你就学会了两个指令,35条我看也没啥难的。

'------------------------------------------------------------------------------

再加深一下对寄存器的认识:

要把一个常数存储到,或者说写到一个寄存器中,仅用一条指令是办不到的,必须通过一个特殊的寄存器W,把数据倒过去. 这就应该使用到两个语句。

movlw 02H 指令的意思是把一个常数存入特殊寄存器W, 这个常数是3,后面的H是表示十六进制

movwf GPIO 指令的意思是把特殊寄存器W的数值存入寄存器. 这个寄存器的名称是 GPIO

这里涉及到两个概念,常数和寄存器.

常数好说,比如说十进制数 35, 26 但要注意,在单片机系统里我们一般不用十进制,而使用十六进制. 有关数制转换方面的知识,是计算机的基础,必须会熟练地在二进制、十六进制、十进制之间转换,我就不罗索了.

寄存器也叫单片机的内存。

一个寄存器可以存储的数值范围是0--255,用十六进制表示就是 0---FFH.用二进制表示就是00000000----11111111.

以后要养成习惯用十六进制表示数.

那么,一个单片机里有多少个这样的寄存器哩,pic12ce512里面有1024个这样的寄存器可以供你使用,为了使用方便生产商已经给它们编上了号码,第一号码是000H,往下依照次序为 001H,002H........3FFH.(怎么样,开始用十六进制说事了吧,如果你不熟悉熟制转换赶紧补课来得及)

有了编号就像我们居住的房间有了房间号码,使用就方便的多了.房间号码在邮政行业叫地址,因此我们称这些号码叫做寄存器地址,或称地址数 例如 名称为 GPIO 的寄存器,他的地址,或地址数是 06H 。所以我们的两个例句完全等同于:

my_name006: movlw 02h '常数2进入w

movwf 06H 'W 的数进入 寄存器GPIO

'-----------------------------------------

有两个寄存器比较特殊,它们没有地址,一个名字叫做 W, 另一个叫做 TRIS. 所以他们两个在存储数据的时候比较快,一个指令就可以解决问题,例如: movlw 03H 一条指令就把常数3写入到W寄存器了。关于TRIS寄存器,我们以后用到它再说.

除了他们两个以外的其他所有寄存器,在写入数据时一般都要用两条指令进行。

今天就扯到这里,虽然只有两个指令,但主要目的是要同学们接触一下指令,建立寄存器的概念以及他们同硬件部件的联系。增强学习的信心。能有这些体会,这一节就算过关了。

随着以后的深入,你会发现小小单片机里面是一个大世界,兴趣也由此而生。

我们上一次讲的两个指令是是如何控制管脚电平的高低。前提是所有管脚已经被定义成输出了(OUT)如果被定义成了输入,则上次的指令虽然也能运行,但运行后丝毫不能改变管脚电平高低,因为此时管脚是输入状态,电平取决于外部输入,指令无法改变。

在PIC单片机系列中,改变I/O口的输入输出依靠写入寄存器TRIS的值,相应位写0,表示对应管脚被定义成了输出,写1,就是输入。

现在假如预把GP1、GP2管脚定义成输出,其他脚全是输入。那就应该向TRIS 寄存器写入二进制数 11111001,换算成十六进制就是

F9H.

依照以前我们学到的知识,在PIC系列单片机里,本来应该用下列的语句来完成我们的设定:

movlw 0F9H '常数进W 以字母开头的常数前面必须加0

movwf TRISA '把W内的数复制到TRIS

实际上PIC系列的单片机也都是这么写的,后面加的A,表示第一个8位的口(有的单片机不仅一个口,还有好几个8位的I/O口如TRISB TRISC TRISD等等) .

但是,记住了, PIC12系列的单片机必须改写成为:

movlw 0F9H '常数进W 以字母开头的常数前面必须加0

tris GPIO '把W内的数复制到TRIS 以后凡见到这个指令一律理解成 movwf TRISA

写法不同,意思是一样的. 这样你就又学了一个指令TRIS,不过这个指令的实质还是你曾经学过的movwf 只是写法不同罢了.

在PIC12系列里TRIS作为指令, 在其他系列(PIC161718)里把 TRIS 作为普通寄存器看待.

因为我们现在讲的就是PIC12CE519,所以我们暂时用

tris GPIO

这个格式,等以后进入PIC16C877 我们再写成 movwf TRISA , 至于理解按照后者进行.

'-----------

如果我们要控制GP1 GP2管脚的输出电平, 其他管脚作为输入.并且让GP1输出低电平,GP2输出高电平.完整的程序如下:

movlw 0F9H '常数进W

tris GPIO '把W内的数复制到TRIS ,GP1 GP2为输出,其他为输入

'此行无命令,起到的作用是容易读懂程序

movlw 04H '常数4的二进制是 00000100 ,GP1=0 GP2=1

movwf GPIO 'W内的数进GPIO 输出生效,原来定义成输入的脚的电平,不会受该句影响

上面已经学会了三条指令,但是8位寄存器的概念概念一定要建立起来,程序通过写入寄存器不同的数据

控制管脚作为输入使用还是输出使用,作为输出时是输出高电平还是低电平。

这样的操作又一个特点,就是每次写入数据,同时控制的往往不是一个管脚,而是好几个个.最多一次可

以控制8个管脚.在单片机里往往每8个脚叫做一个口,如口A, 口B,用英文表示就是GPIO PORTA PORTB PORTC 等.

更多的情况是:某个口内的某一个管脚需要改变电平,其他脚电平不变.例如我们仅需要GPIO口上的GP1

这个管脚的电平拉高,其他管脚电平不发生变化.这时候位操作指令为我们提供了方便,假如我们事先已经把GP1管脚定义过输出了(方法见前面讲过的):

bcf GPIO,GP1 '注释 GPIO口上GP1管脚电平拉低,我们行话叫 清除。

bSf GPIO,GP1 '注释 GPIO口上GP1管脚电平拉高,我们行话叫 置位。

怎么样,这样控制某一个管脚的电平就方便多了,你的编程效率大大提高啊.

记住:PIC所有单片机所有寄存器都是可以位操作的,这在51的单片机上是不能完全实现的.

不仅如此,PIC所有单片机所有管脚的单腿驱动输出电流可以高达 25mA,所以如果你驱动一个 5到10mA电流的LED发光二极管,根本不用加三极管,串个电阻直接挂在单片机上就得了,这在51的单片机上也是不能实现的,要加驱动三极管或驱动芯片.

怎么样,学PIC有好处吧. 也别急,好处还有那,且听我慢慢地白话。

一不小心,你已经会 5 个指令了,还有30个,加油啊。

继续

单片机的大部分指令,或者说单片机所做的大部分工作,多数在写入或读出寄存器。关于寄存器的初步概念我想我们已经建立起来了,它是一个能够存储8位二进制数据(最大255 = 0FFH) 的单元 每个单元都有它的编号,我们叫做它的地址,或地址编码. 地址编码也是十六进制的. 另外寄存器里的数据掉电就会丢失。

寄存器的英文是RAM 也要记住.

PIC12CE519 里面共有有48个寄存器供我们操作使用, 它们每一个都有固定的地址编码。

地址编码并不是连续的号码,而是分成了两段:

第一段: 从00H 开始, 依次是01H, 02H, 03H ....0AH, 0BH......到1FH 结束. 计32个寄存器

第二段: 从30H 开始, 依次是31H, 32H, ......................到3FH 结束 计16个寄存器

这种地址不连续编号, 而是要跳过去一段的做法, 对于我们新手来说很是不习惯. 为了让我们容易入门, 我们暂时先不管第二段RAM, 只当它不存在, 所有程序我们只涉及到第一段连续的ram 地址. 等我们熟练的掌握好了ram 的使用,再涉及第二段地址的RAM, 那时,你就会理解单片机设计者把它们分成两段的苦心了.

为了规范,我们今后一律把RAM的分段, 叫做分页. 第一地址段叫00页面, 第二地址段叫01页面.

例如: 我们学过的 I/O 口电平控制寄存器 GPIO, 它的地址编码是 06H, 属于00页面.

'-----------------

所有这32+16=48个寄存器除了在地址上分成了两个页面以外,又把它们分成两类:

一类专用寄存器,一类通用寄存器.

所谓专用,就是这个寄存器的功能已经由系统分配好了.例如 地址为06H 的名称就做GPIO寄存器的功能,是它的每个位,都对应到一个I/O脚的电平.

另一类 是通用寄存器,你可以理解成它的功能系统没有事先预定,而是由你在编程序的时候随机使用.

pic12ce519 的专用寄存器有 7 个, 位置在我们第00叶面的最前面. 这7个专用寄存器的地址编码是: 00H,01H, 02H, ----06 H

剩下的所有寄存器包括所有第01页面, 全部都是通用寄存器.

例子: 在两个通用寄存器 09H, 0AH 内, 写入常数 FC H

movlw 0FCH '常数进W

movwf 9H '复制W内的数到通用寄存器09H

movwf 0AH '复制W内的数到通用寄存器0AH 由于此时W内并没有改变,W不用再进常数.

'----------------------------------------------

下面是PIC12CE519的 寄存器ram的地址地图:

图最上端的 00 01 表示的是页面号码,或叫页面地址。

左侧 从00 --- 1FH 是00页面, 右侧是01页面。

从00H 到 06H 都已经起好了名称 ,它们是专用寄存器,用处各有不同。以后我们会逐个介绍它们

剩下的都是通用寄存器 或者叫普通寄存器 General Purpose Registers 意思是一般用途的寄存器

地址从20H 到 2FH 也不是“空洞”,也不是不能访问,只是读写它们的时候等于读写它们左侧对应的00页面。这一点我们可能有些迷惑,弄不明白也没有关系,以后随着程序理解的深入,会搞清楚的。

内存图谱,不要求记下来,但是应该有个大体印象,用的时候会察看就可以了。等编程时间一长

就那么几个字节,自然就记住了。

所谓字节是衡量二进制数据长度的一个单位。一个寄存器刚好能记住一个字节的数据。如果你要存储的数据比较大超过了255,那就要占2个存储器甚至更多。描述的时候通常我们不说这个数值占了多少个寄存器,而是说这个数据是几个字节的。

字节的英文是byte 一个二进制数的一位,叫比特 英文bit 1 byte 包含 8 bit

继续

下面我们学习一条新指令,叫做空操作指令

nop '什么事情也不做,但执行这个指令也要消耗掉一点时间。它没有操作数。

'不要理解成程序停了,实际上程序仍在正常运行。执行一连串的空操作指令,单片机

'白耗费时间,什么活也不干,往往用于延时

如果你需要一个很短时间的延时,可以采用一连串的空操作。注意每个 nop 也是占一行, 例如:

movlw 0F9H '常数进W

tris GPIO '把W内的数复制到TRIS ,GP1 GP2为输出,其他为输入

bsf GPIO,GP1 '管脚GP1输出高电平点亮LED灯(如果你已经接上灯的话)

nop

nop

nop

nop

nop

... .

bcf GPIO,GP1 '管脚GP1输出低电平关闭LED灯

nop

nop

nop

nop

...

运行的效果是接在管脚GP1上的LED灯先亮一段时间,再熄灭一段时间的闪烁。

这回再说一个程序转向的语句,goto 指令,学过basic 和 c 等语言的对它不陌生。

单片机对程序的执行是逐句自上而下进行。当它运行到某个位置,如果你不希望继续运行它下面的语句,而是希望它无条件的强行转到某一句上,就可以使用goto语句。

我们还是通过例子来说明goto 的使用方法。

已知外部晶振的频率为4 MHz, 设计程序从pic12ce512 单片机的GP1管脚上输出一个方波信号,信号频率固定并计算出频率的值。

movlw 0F9H '常数进W

tris GPIO '把W内的数复制到TRIS ,GP1 GP2为输出,其他为输入

myWAVE: bsf GPIO,GP1 '管脚GP1输出高电平点亮LED灯(如果你已经接上灯的话)

nop

nop

nop

nop

nop

nop

nop

bcf GPIO,GP1 '管脚GP1输出低电平关闭LED灯

nop

nop

nop

nop

nop

goto myWAVE 'myWAVE是标号,某行必须有这个标号,否则程序通不过

nop '由于goto的存在,以下语句得不到运行

nop

nop

当程序自上而下运行到goto 语句时, 不再继续运行它底下的语句, 而是让程序强行转向到标号为myWAVE的语句上,并继续运行.

这样一来的结果,程序会永远在标号myWAVE的这一句 bsf GPIO,GP1 到goto之间循环, 打转转.

客观运行的结果是 GP1管脚电平不停地一会高,一会低, 就输出了方波信号.

要计算方波的频率,我们必须知道单片机每运行一条指令需要多少时间.这个时间的单位不以通常的秒 毫秒 或微秒作为单位, 而是以”机器周期” 为单位. 以后凡是我们讨论单片机内部的时间问题都要以机器周期作为时间单位. 至于一个机器周期究竟是多少微妙或毫秒, 取决于单片机的品牌和振荡频率频率大小, 等一会我们再用公式计算我们PIC12CE512在4MHz震荡频率下的机器周期是多少个微妙。

我们先看看我们的程序中GP1脚的高电平低电平都是用了多少个机器周期.

PIC单片机所有指令都是单机器周期的指令,

例外的情况是goto 语句要用2个机器周期 还有一个call指令用的时间也不完全是一个机器周期(待后续)

其他品牌的某些单片机可不是这样,一条指令往往要用几个周期……

从bsf 到bcf有8个指令,都是单周期指令,所以GP1高电平时间长度是8个机器周期

从bcf 到bsf有7条指令,其中6条是单周期指令 1条双周期指令(goto). 所以GP1低电平时间长度也是8个机器周期

这样,我们输出方波的周期长度就是16 个机器周期.

Pic品牌的机器周期 = 4/振荡频率 (公式)

所以,在我们的例子当中 1个机器周期=4/4MHz= 1 uS

也就是说,我们的例子中,执行一条指令仅需要1微秒的时间.

这样,我们输出的方波周期就是16微秒, 频率是 f =1/16 =0.0625 兆赫 =62.5 KHz

如果这个方波的频率比较低,你再接一个扬声器到GP1脚上你就可以听到声音了

频率降低到几赫兹的时候, 接一个led灯, 就会不停的闪烁.

当然, 频率太低你用的nop指令的数目会很多,程序虽简单但是臃肿, 这没有关系,我们主要是在学习程序, 弄清楚道理是目的。

要想使得程序不臃肿我们有的是办法,这就必须再学习新的指令.

如果此前我讲的你基本都弄明白了,那你现在已经抓住单片机入门的门把手了, 还需轻轻的推开.

当你坐在家里吃着月饼,惬意地用电视遥控器选择电视频道,不停地用 +/- 键盘调节电视音量到合适的时候,你可曾想过,此时崂山也许正钻在在温度高达35摄氏度以上的树丛里,忍耐蚊子蚂蚁的叮咬,研究用什么样的通信线更好地防止雨水侵蚀和动物的啃咬。

也许你从没有留意你按下的节目频道、音量等这些 标有 + / - 符号的键盘是怎样工作控制大小的。

下面我们学习两个新指令 incf 和 decf ,它们都是对某一个寄存器进行增1 或减1 操作,例句中假如我们要操作的寄存器是 09H

movlw 02H '常数2进入W

movwf 09H '把w 内的数2 复制到09H 这个寄存器

'现在09H 寄存器内存储的数是2

incf 09H '寄存器09H内存储的数 增加1

'现在09H内存储的数变成3

decf 09H '寄存器09H内存储的数 减掉1

'现在09H内存储的数变成2

movlw 0FFH '常数255进入W

movwf 09H '把w 内的数255 复制到09H 这个寄存器

'现在09H 寄存器内存储的数是255

incf 09H '寄存器09H内存储的数 增加1

'现在09H内存储的数变成0

decf 09H '寄存器09H内存储的数 减掉1

'现在09H内存储的数又变成255

如果你事先定义好了地址为09H 的这个寄存器里存储的数字大小,代表电视机节目频道的话,你会很喜欢这两个指令的。并且当节目频道到达最大值255 或最小值0的时候无需担心,寄存器在0时减1 会得255, 255状态下增1 会得0

至于为什么会这样,学过环形计数器的人不会感到奇怪的。你要是没有学过计数器电路也不要紧,记住一个寄存器的最大存储数值是255 = 0FFH 就可以了,加减法都会导致它“进位”

当然控制音量时这个程序不能使用,因为它在0和255之间变化,音量忽大忽小怎们行。

为解决这个问题, 我们必须再学习两条指令 incfsz 和 decfsz

它们与上两个功能基本相同,不同的是: 寄存器增1 或减1操作以后,该指令会自动判定寄存器内的结果是否为零,如果不为零,继续正常执行该指令后面的语句. 但如果结果为零的话,则程序会 "跳一步" .绕过紧挨着它下面的一条指令,继续执行更下面的语句,举例子说明

假定我们操作的寄存器还是09H:

movlw 0FDH '常数253进入W

movwf 09H '把w 内的数253 复制到09H 这个寄存器

'现在09H 寄存器内存储的数是253

incfsz 09H '寄存器09H内存储的数 增加1,结果变成254 结果不等于0,故程序继续执行下一指令

nop '该句得到执行(因为上一句寄存器09H的计算结果不等于0)

incf 09H '寄存器09H内存储的数 增加1,结果是255

incfsz 09H '寄存器09H内存储的数 增加1,结果变成0

'因为结果等于0,故程序要跳过下面的一句(不运行下面的一句).

incf 09H '由于上一句的存在并结果为0,该句得不到执行,被忽略

incf 09H '程序跳入这一句继续运行 寄存器09H内存储的数 增加1

nop '因此现在 09H寄存器存储的数是1

nop '继续运行

.

.

.

.

.

思考题:设计一段程序代码,当用户连续按下音量减小键后,判定音量寄存器09H的存储音量数值,

防止该寄存器的值从0 变成255,以免震惊到用户。

.

.

.

.

SMALL_SOUND: nop '标号可以任意写的,此前用户一旦按下音量减,就把程

' 序引导到这一句上来

decfsz 09H '寄存器09H内存储的数 减1,如果结果为0 就跳一步

goto OK '如果上一句结果不为0,执行该句后,程序去了ok语句

movlw 01H '跳到这一步说明寄存器结果是0

movwf 09 '强行把 09H内的数值写成1,仍然是小音量,这样音量不会被因为 减小而变成255

OK: nop '继续运行

.

.

思考题:利用decfsz 指令设计一段延时代码,使得延时时间可以在10个机器周期到65535个机器周期之间,

可以通过程序任意控制

在这个例子中,设我们要控制的延时时间大约是24086个及其周期,用16进制表是就是 5E16 H.

如果用到通用寄存器,请使用 0AH, 0BH

yanshi: movlw 5EH ' 常数5E进W 标号是延时

movwf 0BH , '0B寄存器数为5EH

movlw 16H '常数16进W

movwf 0AH '0A寄存器数为16H

jixu: decfsz 0AH '0A寄存器内的数减1,如果结果为0跳步

goto jixu '结果不为0,继续

decfsz 0BH '0B寄存器内的数减1,如果结果为0跳步

goto jixu '结果不为0,继续

nop '延时完毕

.

.

.

.

你现在可以只用这几个简单句子完成任意时间的延时程序了。

下面介绍单片机汇编语言里的一个概念 “子程序”

下面我介绍 “子程序”

我先打个比方,如果你做一顿饭,要做汤,炒菜,炖鱼,汆丸子, 奥,忘了还有炒小螃蟹(大螃蟹现在都叫人吃的逮不着了:))期间有一个动作在我看来不断的重复,这个动作就是放盐 放盐的过程描述是这样的:

放盐: 用一把小勺子深入盐罐

舀出氯化钠适量 。

把小勺子里的氯化钠

均匀洒在锅里。

完毕

如果我们把做饭定义为主任务 那么放盐这个动作就叫做 子任务。

这样定义的一个好处就是描述主任务的时候比较方便,当你用语言文字描述主任务的时候,无论哪一道菜,到了该加盐的时候不必细说用一把小勺子深入盐罐...... 因为很多菜都有同样的这个过程,所以,你用 “放盐” 两个字就可以了。但是在你使用 放盐 这个词之前或者之后,你应该解释一下放盐 这个词的具体过程是什么。

我们单片机的程序也是一样的,如果你设计一个电视机的自动搜索频道的程序,程序要求电视机每搜索成功一个频道,它面板上的发光二极管就眨一次眼睛,也就说,先熄灭一段时间然后再点亮。这样就会遇到很多这样的眨眼动作,为了简化主程序我们可以把眨眼这样一个过程定义为一段子程序,以后每次遇到需要眨眼的时候就调用一次子程序就可以了。

子程序的定义是这样的

Zhayan: bcf GPIO,GP1 '管脚GP1输出低电平关闭LED灯 做为子程序标号是必须有的 标号

' 就是子程序的名字

nop

nop

nop

nop

nop

... .

bsf GPIO,GP1 '管脚GP1输出高电平点亮LED灯

nop

nop

nop

nop

...

return '这个命令表示子程序的结束 是必需的 否则这个子程序没有结束

这样,子程序就定义完了 如果想在程序的某个位置需要led灯熄灭以下(眨眼一次),只需在那个程序位置调用一下子程序就可以了。

调用的方法是用 call 命令。

主程序:

.... '这些点点表示主程序里的语句

....

......

...... '这个位置搜所成功一个台 需要“眨眼”一次

call Zhayan

...... '继续搜索下一个台的命令行

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...... '这个位置搜所成功一个台 需要“眨眼”一次

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疑问1 我在一个主程序里固然可以调用另一个子程序,而我在一个子程序里能不能调用另一个子程序?

答 可以的,这叫子程序嵌套,甚至还可以在另一个子程序中再继续调用别的子程序。

疑问2 嗯,那继续往下调用下去,有限制么?

答 有,这叫允许嵌套的层数 每个品牌 型号的单片机允许的嵌套层数都是有规定的 例如pic16f74 允许8层

pic12e519 允许两层 也就是说pic12e519的主程序里可以调用子程序,子程序里海可以再调用子程序,到此为止不要再往下调用 了,否则程序报错或者超出你预计的结果。

疑问3 在同一层程序空间里,例如在我的某个子程序之中,调用另一个子程序的次数有限制么?

回答 没有限制,只要你的程序寄存器装得下你的程序。

疑问4 我听说单片机在调用子程序以前,好像需要程序“堆栈”访问什么的,要进行一些程序计数器的保存保护,以保证子程序返回来得时候,程序能够正确回到原来位置和环境。是这样的么?

答 pic单片机不用管这些问题,它是硬件自动完成这些堆栈的事情,我们的指令里不用关心这些。尽管如此,中档pic单片机的例如 pic16等系列,它们的程序存储器地址是分页的,尽量调用本页的子程序,如果子程序不在本页,而是在另一个页面里存放,你还是要告诉单片机你的子程序所在的页面数据的,具体操作指令可以查相关指令说明。我们的pic12c519的程序存储器,没有分页,不用关心这事。

继续讲

我们学习到这里,就已经初窥门庭了,下一步还有一个重要的关口-------中断

单片机的中断,概念并不难以理解。只是要真正理解运用编程处理一些实际中断的例子,却也不是很容易,甚至是单片机学习、入门的拦路虎。要想学会实际的中断处理编程,也还需要清楚一些程序存储器,程序结构,程序计数器,硬件堆栈,现场保护等这些个另杂碎概念。

因此,我们在学习中断以前,以后和学习中断过程中,都有必要介绍回顾复习一些有关上述关键词的概念和知识,否则,尽管你学了中断,用起来可还是不能得心应手,以至于茫然。

我还是用比喻的方法介绍一下中断的概念:

你的主程序任务是做一桌可口的饭菜,期间可能要多次调用子程序“撒盐”。

尽管子程序下边还有更小的子任务,比如“计算食盐的量”等过程,尽管这些子过程很复杂,但他们的出场时间和顺序是可以预料的,是可以预先安排的。也就说你肯定知道在什么时候放盐。

有一类子程序,他的出场时间是不确定的,突然的,处理他们的时间刻不容缓,必须赶紧的。我们称这一类子程序为 中断子程序。 也就是我们所说的 中断

你正在做菜的过程中,隔壁邻居小孩突然敲门说 他的二大爷在他房间里摔倒了 请你帮忙把二大爷扶起来。这是急迫的,必须处理的事务。

你肯定关掉炉子一溜烟跑出去帮忙,等回来以后再点着炉子继续做菜。

这个事件的特点就是发生的时间你无法预先知道,而这个任务必须得停下当前工作去处理,并且是刻不容缓。

从开始关炉子到回来点着炉子的这段时间里以及你的救人行为,就叫做 “中断子程序”。

在中断子程序过程中,你关炉子的动作,叫做“中断现场保护” 点着炉子叫做“中断现场恢复”中间走出去扶起隔壁二大爷到回来 叫做“中断任务处理”

小孩子敲门就叫做“中断请求”

这就是中断的基本概念。

在单片机里,中断的例子也是很多的。我举一个你手里的手机的例子,你的GSM手机正工作在赋闲,屏幕上也就显示个时间日期中国电信什么的,表面看没有什么。其实它内部的cpu高速运行忙碌地工作在诸如联络无线网络,查询是否有短消息发来,计算当前信号强度,时间等任务中。

你突然按下数字键“8”,此时内部cpu必须停下它正在干的工作来应付你,也就是清屏,显示你按下的数字8,然后再回到它原来的任务接着运行。(当然,这个例子不一恰当,现在有操作系统Windows-ce windows-mobile的手机的工作机制远没有如此的简单)

下面我们要接触和复习一些另杂碎,学习中断必须要弄明白单片机这些另杂碎,所以你还得忍耐他们一阵子。

再说这不是教材,只是想为入门学习指划个门径,我的帖子里面有很多细节错误,例如内存页面问题,519也是分页的。

但为了入门,我们还是不先不要理会这些,等入门以后,还有很多细节需要搞明白,那时候就容易啦。

这不,我也是现学现卖,在想写个具体中断代码的例子的时候,才现行的查阅了pic12f519 的数据手册,竟然没有查到中断方面的说明,感情这款芯片没有中断的功能!不会是我英文水平低没有看懂吧,又拿出来中文的,同样的,程序存储器里没有中断说明,只有复位(复位也是单片机的概念) 。

总之,我们学习中断代码,这款芯片不适合我们啦。

怎么办?只好换一款中档的型号:PIC16C74. 那位说从低端芯片一下子到中端芯片跨度太大啦吧,能适应吗。我回答:肯定能!

高端芯片无非腿脚更多,片内资源也多,但是原理和方法,和低端的没有区别。我们只要掌握了单片机的使用操作方法入门,慢说中档,就是高端芯片pic18、24、99999 系列,那也是一样。我们仍然可以钻进去,出得来。

其实啊,所谓高端的语句,学起来更简单和使用起来更方便。要实现同样功能,如果限定仅使用低端35条,反而会比较罗索。

下面以 PIC16C74 这款芯片为例,仍然不出35条基本指令,写出一个完整的中断代码的例子,注意这个例子程序的总体结构。题目要求:

1、当一个键盘按动一下后,中断主程序,改变某管脚上的一只LED灯的状态,如果再次按动,再次改变。

2、主程序实际上和我们的中断任务处理没有关系,我们可以随便写个任务,例如主任务程序是计算:123 + 45 = ?

在这个例子里,计算123 + 45 = ?相当于我们在做菜,突然有人按动按键,相当于小孩子敲门请求中断,那么改变(点亮或者熄灭)某管脚上的一只LED灯的状态,就是我们刻不容缓的拯救行动。

为了理解中断代码,我们先看看硬件设计,下面是这个例子的电路图。(缺)

如图:11、12 管脚接电源和地线,13、14管脚接振荡器, 管脚 1 是复位管脚,只要它是高电平,程序就运行,只要是低电平,程序就马上停止,并回到程序特定的开始位置,也叫做“复位”

我们真正用到的是 管脚40 名字叫做 RB7 接一个键盘。可以看出,该脚平时为高电平,一旦有人按下键盘,就会变成低电平,从而导致主程序发生中断。它是作为输入 I 使用。

管教27 控制一个发光二极管,输出高电平点亮。 它是作为输出管脚.

剩下的那些管脚,先不管,实际使用的时候悬空好了。

根据我们以前所学,主程序和子程序已然明了。在以前的程序中,凡是涉及专用寄存器如 GPIO 或者通用寄存器如的时候,

我都是在程序注释里说明该符号如GPIO 、020H,是一个寄存器的地址。这里有一个差别,特殊寄存器都是用字符串表示,而通用寄存器使用它的地址数表示。这样做主要是为了便于理解寄存器的本质和使用。

事实上,通用寄存器也是可以用字符串来表示的,并且在实用的程序里往往是用字符串表示通用寄存器,而不是直接用它的地址,因为用字符串更能明确这个通用寄存的用途性质。仅用地址数是允许的,但是通用寄存器一旦多起来,连程序作者自己也搞不清楚哪一个是干什么用的了。

为了便于程序理解,阅读,容易编写。允许程序作者给通用寄存器 例如020H 起用一个漂亮直接的字符串名字。 我们来学习一个崭新的语句 EQU

我们看几个例子:

BeijiaShu EQU 020H '定义字符串 BeijiaShu 的值是数字 020H

'此前或者此后的程序代码中, 只要遇到 BeijiaShu 就可以用数字 020H取代

'尽管BeijiaShu也可以写在一行的最左顶格,但是别用冒号,它不是程序标号

有了上述的语句,下列语句

MOVLW 123H

MOVWF 020H

就完全可以写成

MOVLW 123H

MOVWF BeijiaShu

程序中下列两组语句是等价的,相同的意义。这样,所有的通用寄存器都可以有自己的名号可以使用了。

新语句中的 EQU 不属于35条指令里面的,因为它在单片机运行的时候,不能被执行,也不会占用单片机里的程序存储空间。

仅仅是为了方便我们人类阅读、编写源程序程序而起的代号,事实上,有了EQU指令,家用电脑在把我们编写的源程序“翻译”成单片机能够执行的机器码的时候,还徒然增加了编译的工作量,不利于提高编译速度。

因此,它也不是十分必须的语句,你如果记忆力好,对每个通用寄存器的地址你自己设计成什么用途了,都能够记住,完全可以不必多此一举的使用什么符号常数。话又说回来,谁有那么多多余的精力去记忆枯燥的地址数据呢。

象这样不能被单片机执行,仅仅能帮助我们编写阅读源程序方便、或者仅仅有助于辅助家用电脑编译源程序而设立的指令,叫做单片机的“伪指令”

从理论上来说,几乎所有伪指令都不是必须的,都是可有可无的,都能够用我们的35条指令就可以完成任务的。只是,那样的话我们的35条使用起来比较麻烦和不太方便甚至还需要增加额外的计算我们的程序所存在的地址等等工作量。

有了这些个伪指令,我们编写程序就会省却许多的麻烦,例如:

此前的例子中用到了许多行 NOP空操作指令,假如某段代码需要连续500行NOP语句,即便拷贝也是个大麻烦,

那么有一款或者两款伪指令,只需要说明你的行编辑重复次数以及行编辑重复的代码是NOP 就足够了,

编辑上看上去也就是几行的样子,实际家用电脑在编译生成单片机的实际执行码的时候,会自动添加500行NOP指令,单片机里面的程序存储空间,也是相应的增加等量500行代码的空间,那是一点也不能节约出来的。

一句话:伪指令和我们此前讲的 单引号 ’ 后面的程序注释类似,共同点是都不被单片机执行,也不会占用单片机内部的程序存储资源,都是帮助人们阅读和编写的方便。不同点是:伪指令要干预家用电脑对源程序的编译,而单引号则不会。

由此看,初学入门不宜在伪指令上徘徊,老手则是善于运用伪指令图个编程快捷简便。

下面我们编写我们的中断例子,并且作为文本文件来处理看待。汇编语言主程序文件的扩展名称,是汇编系统已经规定好了的,必须使用 *.ASM

例如:可以为: Shan_LED.ASM

用记事本新建一个文件,文件名称请使用例子 Shan_LED.ASM 文件内容如下

BeijiaShu EQU 020H '被加数

JiaShu EQU 021H '加数

HE1 EQU 022H '第一算式的和

HE2 EQU 023H '第二算式的和

尽管如此,初学者,有四个伪指令需要认识,一个是EQU 已经认识过了。如果需要的 EQU 的行很多,例如我们的主程序中要用到 被加数、加数、计算结果的和 以及第一个算式的计算结果寄存 以及第二个算式的计算结果暂存:

那么,下一步,就是要核计整个程序的结构,如果从程序的用途属性,程序存储区域等角度来看,存储来区分一个典型的程序结构例子要包含主程序,子程序,中断子程序,和伪指令说明程序。

以往教材,在教导程序结构的时候不是这么分类,而是大谈特谈什么循环结构,分支结构,递归结构,函数调用等等,先把学生搞晕再说,我认为那些属于程序技巧,是用,是末,理应排在以后的技巧升级后去研究。按照上述分类才是程序之本体,是入门的必然门径。

有四个伪指令需要认识的,我们已经学会一个 EQU,另外3个随着我们讲解这个中断例子添加。再看看 ORG 伪指令

ORG 00H '这是个伪指令,强调以下的源程序代码在存储到单片机的时候,

'被存储在单片机程序存储器的 00H位置,也就是开始的位置

NOP '这个才是真实的第一条可执行单片机指令,它被存储在程序存储器的 0000H位置

NOP '该指令没有用ORG指令规定位置,只好按照默认的顺序 被存储在 0001H

GOTO MAIN '顺序存储位置 002H 无条件挑转到标号 MAIN的地方。

'0003H这个地方没有任何语句,是个空洞,不被执行

'空洞在家用电脑编译器编译的时候,实际上也会被给出一个特定的数据存储到0003H

'这个特定数据是什么是无所谓的,不同厂家的编译器会给不同的特定数

'特定数例如:NOP MOVLW等一般为可执行数据,以免万一单片机误入空洞,也能工作,不出错

ORG 04H

GOTO INTSRV '由于上邻的ORG 04H的存在,该句会被存储到程序空间 0004H , 无条件转向标号 INTSRV

NOP '按照默认顺序编译存储到 0005H

NOP '按照默认顺序编译存储 直到遇到下一个ORG命令,才会打破顺序

学会ORG命令以后,就可以把整个源程序安排到单片机的程序存储器位置上,我们习惯叫做程序存储器地址。PIC12F509的片内程序存储器只有1024个单元行,地址从 0000H ---- 03FF H 而PIC16C74的片内程序存储器有4096个单元行。

整个程序存储器 有几个位置(地址)需要特别介绍,那就是复位地址0000H 和 中断入口地址 0004H。

0000H是 PIC单片机程序存储器的第一行,通电后首先执行这一行的指令。等于是单片机工作的开始位置。

通电后后也许需要单片机多次重新开始工作,例如一台电子称通电以后,可能需要称若干次物品的重量,那么,每换一次物品,单片机就需要重新回到 0000 H这个指令上来,开始新一轮的测量。只要单片机的指令,回到了 0000 H, 我们就成为单片机复位。

中断入口地址是怎么回事情呢?

原来啊,我们的主程序和调用的子程序已经很完美了,如果小孩子不敲门,或者在本例子里 那个键盘永远也不按下的话,是不会发生中断的,我们的程序也就不会跳出我们事先设计的主程序和子程序那些事情。

可是,一旦发生了按键事件,此时程序会暂时记住当前位置,转而去进行中断服务,去哪里服务呢?就是强行把程序指向 0004H 这个特殊地址,然后从0004 H开始进行中断的服务处理,因此我们设计的中断撒盐 或者开关LED灯的一些程序,就必须从0004H这个位置开始。因此 0004H就叫做中断入口 或者叫中断入口地址。

不同型号的单片机中断入口地址不一定都是 0004H, 就我们的例子PIC16C74是这样的,并且就这一个入口,因此中断程序较简单,而别的型号则不一定,需要查手册,如 PIC18F452就有两个中断入口,地址0008 H 以及 0018H

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