《單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用》單片機(jī)程序設(shè)計(jì)-講義一、延時(shí)子程序的概念延時(shí)子程序是單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中常用的一種程序模塊，其主要作用是在程序執(zhí)行過程中插入一定時(shí)間的延遲，以滿足實(shí)際應(yīng)用中對時(shí)間控制的要求。延時(shí)子程序通常用于定時(shí)控制、脈沖寬度調(diào)制、按鍵消抖等方面。二、延時(shí)子程序的分類軟件延時(shí)：利用單片機(jī)的指令系統(tǒng)，通過循環(huán)執(zhí)行一些無操作意義的指令來實(shí)現(xiàn)延時(shí)。軟件延時(shí)分為兩種：（1）定數(shù)循環(huán)延時(shí)：使用一個(gè)固定的循環(huán)次數(shù)來實(shí)現(xiàn)延時(shí)，延時(shí)時(shí)間與單片機(jī)的晶振頻率有關(guān)。（2）變數(shù)循環(huán)延時(shí)：根據(jù)實(shí)際需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整循環(huán)次數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間的延時(shí)。硬件延時(shí)：利用單片機(jī)的外部硬件電路（如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器）來實(shí)現(xiàn)延時(shí)。硬件延時(shí)具有更高的精度和穩(wěn)定性。三、延時(shí)子程序的編寫方法定數(shù)循環(huán)延時(shí)子程序編寫步驟：（1）確定延時(shí)時(shí)間：根據(jù)實(shí)際需求，計(jì)算所需延時(shí)的循環(huán)次數(shù)。（2）編寫循環(huán)體：循環(huán)體內(nèi)包含一些無操作意義的指令，如空操作指令（NOP）。（3）設(shè)置循環(huán)次數(shù)：初始化一個(gè)寄存器，用于記錄循環(huán)次數(shù)。（4）循環(huán)判斷：在循環(huán)體內(nèi)，每次循環(huán)結(jié)束后判斷循環(huán)次數(shù)是否達(dá)到設(shè)定值，若未達(dá)到，則繼續(xù)循環(huán)；否則，退出循環(huán)。變數(shù)循環(huán)延時(shí)子程序編寫步驟：（1）確定延時(shí)時(shí)間范圍：根據(jù)實(shí)際需求，確定延時(shí)時(shí)間的最小值和最大值。（2）編寫循環(huán)體：循環(huán)體內(nèi)包含一些無操作意義的指令。（3）動(dòng)態(tài)調(diào)整循環(huán)次數(shù)：根據(jù)實(shí)際需求，通過外部輸入或其他方式動(dòng)態(tài)調(diào)整循環(huán)次數(shù)。（4）循環(huán)判斷：同定數(shù)循環(huán)延時(shí)子程序。例：基于8051單片機(jī)的匯編語言編寫的延時(shí)子程序。使用了簡單的循環(huán)來實(shí)現(xiàn)大約1秒的延時(shí)。請注意，這個(gè)延時(shí)子程序的精確時(shí)間取決于單片機(jī)的晶振頻率。以下代碼假設(shè)單片機(jī)的晶振頻率為12MHz。ORG0000H;程序起始地址START:;主程序開始標(biāo)簽MOVR1,#250D;R1寄存器加載外層循環(huán)次數(shù)OUTER_LOOP:;外層循環(huán)開始標(biāo)簽MOVR2,#250D;R2寄存器加載內(nèi)層循環(huán)次數(shù)INNER_LOOP:;內(nèi)層循環(huán)開始標(biāo)簽NOP;無操作指令，用于延時(shí)DJNZR2,INNER_LOOP;R2減1，如果不為0則跳轉(zhuǎn)回INNER_LOOPDJNZR1,OUTER_LOOP;R1減1，如果不為0則跳轉(zhuǎn)回OUTER_LOOP;延時(shí)完成后的操作;這里可以放置需要在延時(shí)后執(zhí)行的代碼SJMPSTART;無限循環(huán)回到主程序開始END;程序結(jié)束在這個(gè)例子中，使用了兩個(gè)寄存器R1和R2來實(shí)現(xiàn)雙重循環(huán)。NOP指令是一個(gè)無操作指令，它被用來消耗時(shí)間。DJNZ指令用于在寄存器不為零時(shí)跳轉(zhuǎn)回循環(huán)的開始，同時(shí)寄存器的值減一。這個(gè)延時(shí)子程序的延時(shí)時(shí)間是通過計(jì)算循環(huán)次數(shù)和每個(gè)循環(huán)的執(zhí)行時(shí)間來估算的。在12MHz的晶振頻率下，一個(gè)機(jī)器周期大約是1/12微秒。由于8051單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期包含12個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期大約是1微秒。NOP指令需要一個(gè)機(jī)器周期，DJNZ指令需要兩個(gè)機(jī)器周期。為了得到大約1秒的延時(shí)，需要調(diào)整R1和R2的值。這里的值250是一個(gè)估計(jì)值，實(shí)際上需要根據(jù)實(shí)際的晶振頻率和單片機(jī)的執(zhí)行速度來調(diào)整這些值。這個(gè)例子中的延時(shí)時(shí)間可能會(huì)因?yàn)椴煌瑔纹瑱C(jī)的實(shí)際執(zhí)行速度和外部條件而有所不同。四、注意事項(xiàng)延時(shí)子程序中，循環(huán)次數(shù)的計(jì)算需要考慮單片機(jī)的晶振頻率和指令執(zhí)行時(shí)間。為了提高延時(shí)的精度，可以采用雙重循環(huán)或多重循環(huán)結(jié)構(gòu)。在編寫延時(shí)子程序時(shí)，要注意避免因循環(huán)次數(shù)過多而導(dǎo)致程序運(yùn)行效率降低。硬件延時(shí)子程序編寫時(shí)，需熟悉單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器相關(guān)寄存器及其配置方法。(單項(xiàng)選擇題)下列關(guān)于單片機(jī)延時(shí)子程序的說法，錯(cuò)誤的是？（）A.延時(shí)子程序可以用于定時(shí)控制B.延時(shí)子程序可以通過軟件循環(huán)實(shí)現(xiàn)C.延時(shí)子程序的時(shí)間精度與晶振頻率無關(guān)D.延時(shí)子程序可以用于按鍵消抖【答案】C【解析】延時(shí)子程序的時(shí)間精度與晶振頻率有關(guān)，晶振頻率越高，延時(shí)精度越高。【要點(diǎn)】考查延時(shí)子程序的基本概念。(單項(xiàng)選擇題)在8051單片機(jī)中，以下哪個(gè)寄存器通常用于軟件延時(shí)子程序的計(jì)數(shù)？（）A.ACCB.BC.R0D.P1【答案】C【解析】在8051單片機(jī)中，通常使用R0或R1等寄存器進(jìn)行軟件延時(shí)子程序的計(jì)數(shù)。【要點(diǎn)】考查8051單片機(jī)寄存器的用途。(單項(xiàng)選擇題)關(guān)于軟件延時(shí)子程序，以下說法正確的是？（）A.軟件延時(shí)子程序不受晶振頻率影響B(tài).軟件延時(shí)子程序執(zhí)行過程中不能被中斷C.軟件延時(shí)子程序可以通過單層循環(huán)實(shí)現(xiàn)任意時(shí)間延時(shí)D.軟件延時(shí)子程序可以通過增加循環(huán)次數(shù)來延長延時(shí)時(shí)間【答案】D【解析】軟件延時(shí)子程序可以通過增加循環(huán)次數(shù)來延長延時(shí)時(shí)間?！疽c(diǎn)】考查軟件延時(shí)子程序的設(shè)計(jì)方法。(判斷題)硬件延時(shí)子程序通常比軟件延時(shí)子程序的時(shí)間精度要高。（）【答案】√【解析】硬件延時(shí)子程序利用單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，時(shí)間精度通常高于軟件延時(shí)?！疽c(diǎn)】考查硬件延時(shí)與軟件延時(shí)的區(qū)別。(判斷題)在編寫延時(shí)子程序時(shí)，循環(huán)次數(shù)越多，延時(shí)時(shí)間越長。（）【答案】√【解析】在軟件延時(shí)子程序中，循環(huán)次數(shù)越多，延時(shí)時(shí)間越長?！疽c(diǎn)】考查軟件延時(shí)子程序的設(shè)計(jì)原理。(填空題)在8051單片機(jī)中，軟件延時(shí)子程序通常使用______和______來實(shí)現(xiàn)雙重循環(huán)結(jié)構(gòu)?！敬鸢浮績?nèi)層循環(huán)、外層循環(huán)【解析】軟件延時(shí)子程序通過內(nèi)層循環(huán)和外層循環(huán)來實(shí)現(xiàn)較長時(shí)間的延時(shí)?！疽c(diǎn)】考查軟件延時(shí)子程序的結(jié)構(gòu)。(填空題)在使用8051單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)硬件延時(shí)子程序時(shí)，需要配置______、______和______等寄存器?！敬鸢浮縏MOD、TL0/TL1、TH0/TH1【解析】在使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)硬件延時(shí)子程序時(shí)，需要配置TMOD（定時(shí)器模式寄存器）、TL0/TL1（定時(shí)器低字節(jié)）和TH0/TH1（定時(shí)器高字節(jié)）等寄存器。【要點(diǎn)】考查硬件延時(shí)子程序的配置方法。一、循環(huán)程序概述循環(huán)程序是單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中常用的一種程序結(jié)構(gòu)，它能夠使某段程序重復(fù)執(zhí)行多次，從而提高程序的可讀性和執(zhí)行效率。循環(huán)程序主要由循環(huán)體、循環(huán)控制變量和循環(huán)條件三部分組成。二、三重循環(huán)概念三重循環(huán)是指在程序中存在三個(gè)嵌套的循環(huán)結(jié)構(gòu)，即在一個(gè)循環(huán)體內(nèi)又包含了一個(gè)或多個(gè)循環(huán)體。這種循環(huán)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的多次處理，常用于復(fù)雜算法和大量數(shù)據(jù)處理場合。三、三重循環(huán)的組成最外層循環(huán)（第一重循環(huán)）：負(fù)責(zé)整個(gè)循環(huán)過程的總體控制，循環(huán)次數(shù)取決于問題的規(guī)模。中間層循環(huán)（第二重循環(huán)）：嵌套在最外層循環(huán)內(nèi)部，其循環(huán)次數(shù)通常與第一重循環(huán)的循環(huán)變量有關(guān)。最內(nèi)層循環(huán)（第三重循環(huán)）：嵌套在中間層循環(huán)內(nèi)部，其循環(huán)次數(shù)通常與第二重循環(huán)的循環(huán)變量有關(guān)。四、三重循環(huán)的程序結(jié)構(gòu)以下是一個(gè)三重循環(huán)的偽代碼示例：for(外層循環(huán)變量=初始值;外層循環(huán)變量<終值;外層循環(huán)變量++){for(中層循環(huán)變量=初始值;中層循環(huán)變量<終值;中層循環(huán)變量++){for(內(nèi)層循環(huán)變量=初始值;內(nèi)層循環(huán)變量<終值;內(nèi)層循環(huán)變量++){循環(huán)體;//需要重復(fù)執(zhí)行的代碼}}}三重循環(huán)代碼示例：在循環(huán)執(zhí)行三次后停止，可以使用一個(gè)計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。下面是一個(gè)示例程序，使用C語言編寫：#include<reg52.h>voiddelay(unsignedintcount){unsignedinti,j;for(i=0;i<count;i++)for(j=0;j<1000;j++);voidmain(){unsignedintcounter=0;//計(jì)數(shù)器while(1){counter++;//每次循環(huán)計(jì)數(shù)器加1//這里寫入您的具體操作或功能代碼if(counter>=3){break;//循環(huán)三次后跳出循環(huán)delay(1000);//延時(shí)一段時(shí)間這個(gè)程序使用了一個(gè)無限循環(huán)`while(1)`，在每次循環(huán)開始時(shí)，計(jì)數(shù)器`counter`加1。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到3時(shí)，使用`break`語句跳出循環(huán)，停止程序的執(zhí)行。需要注意的是，這只是一個(gè)簡單的示例程序，具體的操作或功能代碼需要根據(jù)需求進(jìn)行修改和添加。同時(shí)，該示例程序使用了51系列的單片機(jī)，如果使用的是其他型號的單片機(jī)，可能需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。五、注意事項(xiàng)循環(huán)嵌套層次不宜過多，否則會(huì)影響程序的可讀性和執(zhí)行效率。在編寫三重循環(huán)時(shí)，要確保循環(huán)控制變量和循環(huán)條件正確，避免出現(xiàn)死循環(huán)。合理設(shè)計(jì)循環(huán)體，盡量減少循環(huán)體內(nèi)的計(jì)算量和資源消耗。在循環(huán)過程中，注意循環(huán)變量的作用域，避免變量名沖突。(單項(xiàng)選擇題)下列關(guān)于單片機(jī)三重循環(huán)的說法，錯(cuò)誤的是？（）A.三重循環(huán)可以提高程序的可讀性和執(zhí)行效率B.三重循環(huán)中，最外層循環(huán)控制整個(gè)循環(huán)過程C.三重循環(huán)的嵌套層次越多，程序執(zhí)行效率越高D.三重循環(huán)可以用于處理復(fù)雜算法和大量數(shù)據(jù)【答案】C【解析】三重循環(huán)的嵌套層次過多，反而會(huì)影響程序的可讀性和執(zhí)行效率。【要點(diǎn)】考查對單片機(jī)三重循環(huán)的理解。(單項(xiàng)選擇題)在單片機(jī)三重循環(huán)中，以下哪個(gè)變量通常與最外層循環(huán)的循環(huán)變量有關(guān)？（）A.最內(nèi)層循環(huán)變量B.中層循環(huán)變量C.最外層循環(huán)變量D.全局變量【答案】B【解析】中層循環(huán)變量通常與最外層循環(huán)的循環(huán)變量有關(guān)。【要點(diǎn)】考查單片機(jī)三重循環(huán)中循環(huán)變量的關(guān)系。(單項(xiàng)選擇題)以下哪個(gè)選項(xiàng)不是循環(huán)程序設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要素？（）A.循環(huán)體B.循環(huán)控制變量C.循環(huán)條件D.函數(shù)調(diào)用【答案】D【解析】循環(huán)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素包括循環(huán)體、循環(huán)控制變量和循環(huán)條件?！疽c(diǎn)】考查循環(huán)程序設(shè)計(jì)的基本概念。(判斷題)在單片機(jī)三重循環(huán)中，最內(nèi)層循環(huán)的循環(huán)次數(shù)一定比最外層循環(huán)的循環(huán)次數(shù)多。（）【答案】×【解析】最內(nèi)層循環(huán)的循環(huán)次數(shù)并不一定比最外層循環(huán)的循環(huán)次數(shù)多，這取決于具體問題的需求?！疽c(diǎn)】考查對單片機(jī)三重循環(huán)循環(huán)次數(shù)的理解。(判斷題)在設(shè)計(jì)單片機(jī)三重循環(huán)時(shí)，應(yīng)盡量減少循環(huán)體內(nèi)的計(jì)算量和資源消耗。（）【答案】√【解析】減少循環(huán)體內(nèi)的計(jì)算量和資源消耗可以提高程序執(zhí)行效率?！疽c(diǎn)】考查單片機(jī)循環(huán)程序設(shè)計(jì)的優(yōu)化原則。(填空題)在單片機(jī)三重循環(huán)中，循環(huán)體是指______?！敬鸢浮啃枰貜?fù)執(zhí)行的代碼【解析】循環(huán)體是指在一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)中需要重復(fù)執(zhí)行的代碼部分。【要點(diǎn)】考查循環(huán)體的定義。(填空題)為了避免出現(xiàn)死循環(huán)，在編寫單片機(jī)三重循環(huán)時(shí)，需要確保______和______正確。【答案】循環(huán)控制變量、循環(huán)條件【解析】確保循環(huán)控制變量和循環(huán)條件正確是避免死循環(huán)的關(guān)鍵?！疽c(diǎn)】考查如何避免死循環(huán)。一、循環(huán)程序的概念循環(huán)程序是指在程序執(zhí)行過程中，某些操作需要重復(fù)執(zhí)行多次，將這些操作用循環(huán)結(jié)構(gòu)來表示，可以簡化程序結(jié)構(gòu)，提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。循環(huán)程序主要由循環(huán)變量、循環(huán)體和循環(huán)控制語句組成。二、兩重循環(huán)的概念兩重循環(huán)是指在程序中，一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)嵌套在另一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，形成嵌套循環(huán)。兩重循環(huán)可以完成更加復(fù)雜的重復(fù)操作，適用于處理二維數(shù)組、矩陣等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。三、兩重循環(huán)的組成外循環(huán)：負(fù)責(zé)控制整個(gè)循環(huán)的次數(shù)，每次外循環(huán)執(zhí)行一次，內(nèi)循環(huán)將執(zhí)行完其所有循環(huán)次數(shù)。內(nèi)循環(huán)：負(fù)責(zé)在外循環(huán)的每一次執(zhí)行過程中，完成具體的操作。循環(huán)變量：用于控制循環(huán)次數(shù)的變量。兩重循環(huán)通常包含兩個(gè)循環(huán)變量，分別控制外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)的次數(shù)。四、兩重循環(huán)的語法結(jié)構(gòu)以下是一個(gè)典型的兩重循環(huán)結(jié)構(gòu)（以C語言為例）：for(外循環(huán)變量初始化;外循環(huán)條件判斷;外循環(huán)變量更新){for(內(nèi)循環(huán)變量初始化;內(nèi)循環(huán)條件判斷;內(nèi)循環(huán)變量更新){//內(nèi)循環(huán)體}//外循環(huán)體（可選）}例：假設(shè)單片機(jī)采用了12MHz的時(shí)鐘頻率，利用for語句嵌套實(shí)現(xiàn)簡單的延時(shí)1s功能。unsignedinti;Unsignedcharj;//定義兩個(gè)循環(huán)變量i、jfor(i=1000;i>0;i--)//外層循環(huán)1000次for(j=124;j>0;j--);//內(nèi)層循環(huán)124次內(nèi)層循環(huán)代碼含義：在12MHz的時(shí)鐘頻率下，for循環(huán)124次所消耗的時(shí)間ntime是：ntime=124次×8個(gè)指令周期×1μs=992μs也就是內(nèi)循環(huán)延時(shí)大概為1ms。那么，全部執(zhí)行完成花費(fèi)的總時(shí)間T大約是：T=1000×(ntime+8×1)=1000ms=1s，基本上達(dá)到延時(shí)1s的功能。這個(gè)延時(shí)程序中外層循環(huán)的變量是多少，整個(gè)for嵌套語句就延時(shí)大約多少毫秒，在以后的應(yīng)用當(dāng)中，會(huì)經(jīng)常用到這個(gè)程序進(jìn)行不需要精確時(shí)間的延時(shí)。比如，要實(shí)現(xiàn)4s的延時(shí)，就把i=1000修改為i=4000就可以了。五、兩重循環(huán)的執(zhí)行過程首先執(zhí)行外循環(huán)的初始化部分，然后進(jìn)行條件判斷。如果外循環(huán)條件成立，則執(zhí)行內(nèi)循環(huán)的初始化部分，再進(jìn)行內(nèi)循環(huán)的條件判斷。如果內(nèi)循環(huán)條件成立，則執(zhí)行內(nèi)循環(huán)體，執(zhí)行完畢后，更新內(nèi)循環(huán)變量，再次進(jìn)行內(nèi)循環(huán)條件判斷。當(dāng)內(nèi)循環(huán)條件不成立時(shí)，退出內(nèi)循環(huán)，執(zhí)行外循環(huán)體（如果有的話），然后更新外循環(huán)變量，再次進(jìn)行外循環(huán)條件判斷。重復(fù)上述過程，直到外循環(huán)條件不成立，整個(gè)兩重循環(huán)結(jié)束。六、注意事項(xiàng)在編寫兩重循環(huán)時(shí)，要注意內(nèi)外循環(huán)變量的命名，避免混淆。適當(dāng)調(diào)整循環(huán)變量的初值、終值和步長，以滿足實(shí)際需求。避免出現(xiàn)死循環(huán)，確保循環(huán)能夠正常結(jié)束。在循環(huán)體內(nèi)，合理使用循環(huán)控制語句（如break、continue），以優(yōu)化程序性能。(單項(xiàng)選擇題)下列關(guān)于單片機(jī)循環(huán)程序的說法，錯(cuò)誤的是？（）A.循環(huán)程序可以簡化程序結(jié)構(gòu)，提高代碼的可讀性B.循環(huán)程序主要由循環(huán)變量、循環(huán)體和循環(huán)控制語句組成C.兩重循環(huán)是指在程序中，一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)嵌套在另一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)部D.在循環(huán)程序中，循環(huán)體至少會(huì)被執(zhí)行一次【答案】D【解析】在循環(huán)程序中，如果循環(huán)條件一開始就不成立，循環(huán)體可能一次都不會(huì)被執(zhí)行。【要點(diǎn)】考查循環(huán)程序的基本概念。(單項(xiàng)選擇題)以下哪個(gè)關(guān)鍵字用于C語言中跳出當(dāng)前循環(huán)？（）A.breakB.continueC.returnD.exit【答案】A【解析】在C語言中，break關(guān)鍵字用于跳出當(dāng)前循環(huán)?！疽c(diǎn)