MCS-51系列单片机程序的设计论文一

MCS-51系列单片机程序的设计论文

程序设计是单片机开发最重要的工作，程序设计就是利用单片机的指令系统，根据应用系统（即目标产品）的要求编写单片机的应用程序，其实我们前面已经开始这样做过了，这一课我们不是讲如何来设计具体的程序，而是教您设计单片机程序的基本方法。不过在讲解程序设计是单片机开发最重要的工作，程序设计就是利用单片机的指令系统，根据应用系统（即

目标产品）的要求编写单片机的应用程序，其实我们前面已经开始这样做过了，这一课我们不是讲如何

来设计具体的程序，而是教您设计单片机程序的基本方法。不过在讲解之前还是有必要先了解一下单片

机的程序设计语言。

一．程序设计语言

这里的语言与我们通常理解的语言是有区别的，它指的是为开发单片机而设计的程序语言，如果

您没有学过程序设计可能不太明白，我给大家简单解释一下，您知道微软的VB，VC 吗？VB，VC 就是为

某些工程应用而设计的计算机程序语言，通俗地讲，它是一种设计工具，只不过这种工具是用来设计计

算机程序的。要想设计单片机的程序当然也要有这样一种工具（说设计语言更确切些），单片机的设计

语言基本上有三类：

1．完全面向机器的机器语言

机器语言就是能被单片机直接识别和执行的语言，计算机能识别什么？以前我们讲过--是数字“0”

或“1”，所以机器语言就是用一连串的“0”或“1”来表示的数字。比如：MOV A，40H；用机器语言

来表示就是11100101 0100000，很显然，用机器语言来编写单片机的程序不太方便，也不好记忆，我

们必须想办法用更好的语言来编写单片机的程序，于是就有了专门为单片机开发而设计的语言：

2．汇编语言

汇编语言也叫符号化语言，它使用助记符来代替二进制的“0”和“1”，比如：刚才的MOV A，

40H 就是汇编语言指令，显然用汇编语言写成的程序比机器语言好学也好记，所以单片机的指令普遍采

用汇编指令来编写，用汇编语言写成的程序我们就叫它源程序或源代码。可是计算机不能识别和执行用

汇编语言写成的程序啊？怎么办？当然有办法，我们可以通过“翻译”把源代码译成机器语言，这个过

程就叫做汇编，汇编工作现在都是由计算机借助汇编程序自动完成的，不过在以前，都是靠手工来做的。

值得注意的是，汇编语言也是面向机器的，它仍是一种低级语言。每一类计算机

都有它自己的汇

编语言，比如：51 系列有它的汇编语言，PIC 系列也有它的汇编语言，微机也有它自己的汇编语言，它

们的指令系统是各不相同的，也就是说，不同的单片机有不同的指令系统，它们之间是不通用的，这就

是为什么世界上有很多单片机类型的缘故。为了解决这个问题，人们想了很多的办法，设计了许多的高

级计算机语言，而其中最适合单片机编程的要数C 语言。

3．C 语言—高级单片机语言

C 语言是一种通用的计算机程序设计语言，它既可以用来编写通用计算机的系统程序，也可以用

来编写一般的应用程序，由于它具有直接操作计算机硬件的功能，所以非常适合用来编写单片机程序，

与其他的计算机高级程序设计语言相比，它具有以下的特点：

。语言规模小，使用简单

1）

（

ANSIC 标准的C 语言一共只有32个关键字，

在现有的计算机设计程序中，C 语言的规模是最小的，

9 种控制语句，然而它的书写形式却比较灵活，表达方式简洁，使用简单的方法就可以构造出相当复杂

的数据类型和程序结构。

（2）。可以直接操作计算机硬件

C 语言能够直接访问单片机的物理空间地址（KEIL C51 软件中的C51 编译器更具有直接操作51

单片机内部存储器和I/O 口的能力），亦可直接访问片内或片外存储器，还可以进行各种位操作。

（3）。表达能力强，表达方式灵活

C 语言有丰富的数据结构类型，可以采用整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构类型、

联合类型、枚举类型等多种数据类型来实现各种复杂数据结构的运算。利用C 语言提供的多种运算符，

我们可以组成各种表达式，还可以采用多种方法来获得表达式的值，从而使程序设计具有更大的灵活性。

（4）。可进行结构化设计结构化程序是单片机程序设计的组成部分，C 语言中的函数相当于汇编语言中的子程序，KEIL

C51 的编译器提供了一个函数库，其中包含有许多标准函数，如各种数学函数、标准输入输出函数等，

此外还可以根据用户需要编制满足某种特殊需要的自定义函数。C 语言程序就是由许多个函数组成的，

一个函数即相当于一个程序模块，所以 C 语言可以很容易地进行结构化程序设计。

（5）。可移植性

前面我们讲过，由于单片机的结构不同，所以不同类型的单片机就要用不同的汇

编语言来编写程

序，而C 语言则不同，它是通过汇编来得到可执行代码的，所以不同的机器上有80%的代码是公用的，

一般只要对程序稍加修改，甚至不加修改就可以方便地把代码移植到另一种单片机中。这对于已经掌握

了一种单片机的编程原理，又想用另一种单片机的人来说，可以大大地缩短学习周期，我们将在教程的下册中专门来讲解C 语言的应用及其编程原理。

不过作为单片机初学者想要学会 C 语言并不是一件容易的事，因此对于大多数人来说，汇编语言

仍是编写单片机程序的主要语言。我们上册的教程将全部以汇编语言来编写单片机的程序。了解了单片

机编程的设计语言，下面我们来看单片机编程的基本过程和步骤。

二．单片机程序设计的步骤

单片机的程序设计通常包括根据任务建立数学模型、绘制程序流程图、编写程序及汇编三个步骤。

1．建立数学模型

数学实在是太有用了，在单片机的程序设计领域，根据任务建立数学模型是程序设计的关键工作。

比如，在一个测量系统中，从模拟通道输入的温度、压力、流量等信息与该信号的实际值是非线性关系，

这就需要我们对其进行线性化处理，此时就要用到指数和函数等数学变量来进行计算；再比如，在直接

数字化控制的系统中，常采用PID 控制算法来进行系统的运算，此时又要用到数学中的微分和积分运算

等等。因此，数学模型对于单片机的程序设计是非常重要的。只不过作为初学者，我们还没有复杂到如

此程度，因此，详细的内容就不讲解了。下面的绘制程序流程图可是初学者的基本功，请大家务必仔细

看一下。

2．绘制流程图

所谓流程图，就是用各种符号、图形、箭头把程序的流向及过程用图形表示出来。绘制流程图是

单片机程序编写前最重要的工作，通常我们的程序就是根据流程图的指向采用适当的指令来编写的，下

面的图形和箭头就是我们绘制流程图用的工具（图中所示）。