单片机指令系统与汇编语言程序设计
单片机要真正地能进行计算和控制，还必须有软件（Software）的配合。软件主要指的是各种程序。只有将各种正确的程序“灌入”（存入）单片机，它才能有效地工作。单片机所以能自动地进行运算和控制，正是由于人把实现计算和控制的步骤一步步地用命令的形式，即一条条指令（Instruction）预先存入到存贮器中，单片机在CPU的控制下，将指令一条条地取出来，并加以翻译和执行。就以两个数相加这一简单的运算来说，当需要运算的数已存入存贮器后，还需要进行以下几步：
第一步：把第一个数从它的存贮单元（Location）中取出来，送至运算器。 第二步：把第二个数从它所在的存贮单元中取出来，送至运算器； 第三步：相加； 第四步：把相加完的结果，送至存贮器中指定的单元。
所有这些取数、送数、相加、存数等等都是一种操作（Operation），我们把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写下来，这就是指令。但是怎样才能辨别和执行这些操作呢？这是在设计单片机时由设计人员赋予它的指令系统所决定的。一条指令，对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统（Iustruction Set），不同种类的单片机，其指令系统亦不同。
使用单片机时，事先应当把要解决的问题编成一系列指令。这些指令必须是选定的单片机能识别和执行的指令。单片机用户为解决自己的问题所编的指令程序，称为源程序（Source Program）。指令通常分为操作码（Opcode）和操作数（Operand）两大部分。操作码表示计算机执行什么操作，即指令的功能；操作数表示参加操作的数或操作数所在的地址（即操作数所存放的地方编号）。因为单片机是一种可编程器件，只“认得”二进码（0、1）。要单片机运作，单片机系统中的所有指令，都必须以二进制编码的形式来表示。例如，在Intel公司的MCS－51系列单片机中，从存贮器中取出一数到CPU中的累加器（在运算器中，参与运算、存放运算结果的专用寄存器）的指令代码为74H，累加器内容加立即数的代码为24H，再加上立即数代码，累加器送数到内部RAM存贮器的代码为F6H～F7H等。这些指令是用十六进制表示二进制的机器码。
MCS－51单片机的字长为8位，有时，要完成某些操作用一个字节尚不能充分表达。所以，在指令系统中有单字节指令，也有多字节指令。机器码是由一连串的0和1组成，没有明显的特征，不好记忆，不易理解，易出错。所以，直接用它来编写程序十分困难。因而，人们就用一些助记符（Mue monic）——通常是指令功能的英文缩写来代替操作码，如MCS－51中数的传送常用MOV（Move的缩写）、加法用Add(Addition的缩写）来作为助记符。这样，每条指令有明显的动作特征，易于记忆和理解，也不容易出错。用助记符来编写的程序称为汇编语言程序。但是，助记符编写的程序便于人理解，可单片机却只认识二进制机器代码，因此，为了让单片机能“读懂”汇编语言程序必须再转换成由二进制机器码构成的程序，这种转换过程，就称为“汇编”。汇编可借助于人工查表法来实现，也可借助PC机通过所谓“交叉汇编程序”来完成。由机器码构成的用户程序一旦“进入”了单片机，再“启动”单片机，就可让它执行输入程序所规定的任务。
单片机8052的CPU由运算器和控制器组成。
一.运算器
运算器以完成二进制的算术/逻辑运算部件ALU为核心，再加上暂存器TMP、累加器ACC、寄存器B、程序状态标志寄存器PSW及布尔处理器。累加器ACC是一个八位寄存器，它是CPU中工作最频繁的寄存器。在进行算术、逻辑运算时，累加器ACC往往在运算前暂存一个操作数（如被加数），而运算后又保存其结果（如代数和）。寄存器B主要用于乘法和除法操作。标志寄存器PSW也是一个八位寄存器，用来存放运算结果的一些特征，如有无进位、借位等。其每位的具体含意如下所示。PSW CY AC FO RS1 RS0 OV － P对用户来讲，最关心的是以下四位。
1、进位标志CY（PSW7）。它表示了运算是否有进位（或借位）。如果操作结果在最高位有进位（加法）或者借位（减法），则该位为1，否则为0。
2、辅助进位标志AC。又称半进位标志，它反映了两个八位数运算低四位是否有半进位，即低四位相加（或减）有否进位（或借位），如有则AC为1状态，否则为0。
3、溢出标志位OV。MCS－51反映带符号数的运算结果是否有溢出，有溢出时，此位为1，否则为0。
4、奇偶标志P。反映累加器ACC内容的奇偶性，如果ACC中的运算结果有偶数个1（如11001100B，其中有4个1），则P为0，否则，P=1。PSW的其它位，将在以后再介绍。由于PSW存放程序执行中的状态，故又叫程序状态字?运算器中还有一个按位（bit）进行逻辑运算的逻辑处理机（又称布尔处理机）。其功能在介绍位指令时再说明。
二、控制器
控制器是CPU的神经中枢，它包括定时控制逻辑电路、指令寄存器、译码器、地址指针DPTR及程序计数器PC、堆栈指针SP等。这里程序计数器PC是由16位寄存器构成的计数器。要单片机执行一个程序，就必须把该程序按顺序预先装入存储器ROM的某个区域。单片机动作时应按顺序一条条取出指令来加以执行。因此，必须有一个电路能找出指令所在的单元地址，该电路就是程序计数器PC。当单片机开始执行程序时，给PC装入第一条指令所在地址，它每取出一条指令（如为多字节指令，则每取出一个指令字节），PC的内容就自动加1，以指向下一条指令的地址，使指令能顺序执行。只有当程序遇到转移指令、子程序调用指令，或遇到中断时（后面将介绍），PC才转到所需要的地方去。8052 CPU碢C指定的地址，从ROM相应单元中取出指令字节放在指令寄存器中寄存，然后，指令寄存器中的指令代码被译码器译成各种形式的控制信号，这些信号与单片机时钟振荡器产生的时钟脉冲在定时与控制电路中相结合，形成按一定时间节拍变化的电平和时钟，即所谓控制信息，在CPU内部协调寄存器之间的数据传输、运算等操作。
三、存储器
存储器是单片机的又一个重要组成部分，图6给出了一种存储容量为256个单元的存储器结构示意图。其中每个存储单元对应一个地址，256个单元共有256个地址，用两位16进制数表示，即存储器的地址（00H～FFH）。存储器中每个存储单元可存放一个八位二进制信息，通常用两位16进制数来表示，这就是存储器的内容。存储器的存储单元地址和存储单元的内容是不同的两个概念，不能混淆。
1、程序存储器
程序是控制计算机动作的一系列命令，单片机只认识由“0”和“1”代码构成的机器指令。如前述用助记符编写的命令MOV A，＃20H，换成机器认识的代码74H、20H：（写成二进制就是01110100B和00100000B）。在单片机处理问题之前必须事先将编好的程序、表格、常数汇编成机器代码后存入单片机的存储器中，该存储器称为程序存储器。程序存储器可以放在片内或片外，亦可片内片外同时设置。由于PC程序计数器为16位，使得程序存储器可用16位二进制地址，因此，内外存储器的地址最大可从0000H到FFFFH。8052内部有4k字节的ROM，就占用了由0000H～0FFFH的最低4k个字节，这时片外扩充的程序存储器地址编号应由1000H开始，如果将8052当做8031使用，不想利用片内4kROM，全用片外存储器，则地址编号仍可由0000H开始。不过，这时应使8052的第{31}脚（即EA脚）保持低电平。当EA为高电平时，用户在0000H至0FFFH范围内使用内部ROM，大于0FFFH后，单片机CPU自动访问外部程序存储器。
2、数据存储器
单片机的数据存储器由读写存储器RAM组成。其最大容量可扩展到64k，用于存储实时输入的数据。8052内部有256个单元的内部数据存储器，其中00H～7FH为内部随机存储器RAM，80H～FFH为专用寄存器区。实际使用时应首先充分利用内部存储器，从使用角度讲，搞清内部数据存储器的结构和地址分配是十分重要的。因为将来在学习指令系统和程序设计时会经常用到它们。8052内部数据存储器地址由00H至FFH共有256个字节的地址空间，该空间被分为两部分，其中内部数据RAM的地址为00H～7FH（即0～127）。而用做特殊功能寄存器的地址为80H～FFH。在此256个字节中，还开辟有一个所谓“位地址”区，该区域内不但可按字节寻址，还可按“位（bit）”寻址。对于那些需要进行位操作的数据，可以存放到这个区域。从00H到1FH安排了四组工作寄存器，每组占用8个RAM字节，记为R0～R7。究竟选用那一组寄存器，由前述标志寄存器中的RS1和RS0来选用。在这两位上放入不同的二进制数，即可选用不同的寄存器组，如附表1所示。
3、特殊功能寄存器
特殊功能寄存器（SFR）的地址范围为80H～FFH。在MCS－51中，除程序计数器PC和四个工作寄存器区外，其余21个特殊功能寄存器都在这SFR块中。其中5个是双字节寄存器，它们共占用了26个字节。各特殊功能寄存器的符号和地址见附表2。其中带＊号的可位寻址。特殊功能寄存器反映了8052的状态，实际上是8052的状态字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。这些特殊功能寄存器大体上分为两类，一类与芯片的引脚有关，另一类作片内功能的控制用。与芯片引脚有关的特殊功能寄存器是P0～P3，它们实际上是4个八位锁存器（每个I/O口一个），每个锁存器附加有相应的输出驱动器和输入缓冲器就构成了一个并行口。MCS－51共有P0～P3四个这样的并行口，可提供32根I/O线，每根线都是双向的，并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中，累加器A、标志寄存器PSW、数据指针DPTR等的功能前已提及，而另一些寄存器的功能在后面有关部分再作进一步介绍
三.毕业实践调研报告
目前，8位高档机和16位机在单片机发展中占主导地位，产品众多，已有几十个系列、几百个型号。此外，32位单片机也已问世。除了通用单片机以外，还有专用单片机产品，如专门用于数据处理（图像和语言处理等）的单片机。
随着微电子技术的迅速发展和大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现,正在引起测量控制仪表领域内的一场新的技术革命.单片机在一块芯片上同时集成了CPU,ROM,RAM以及各种I/O接口的超大规模集成电路。单片机具有体积小、价格低、功能强、可靠性高以及使用方便灵活的特点。在测量的准确度、灵敏度、自动化程度、应用功能等方面或在解决测试技术问题的深度及广度方面都有了巨大的发展，以一种崭新的面貌展现在人们的面前。通过它能够很容易地将计算技术与测量控制技术相结合,组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表”。这种新型的智能仪表易于更新换代，维修方便。用研制开发各种智能化测量控制仪表，周期短，成本低，在计算机与仪表一体化设计中具有其他微型计算机无法比拟的优势，这一点对仪表的研制开发人员来说具有极大的吸引力。
单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命,自动化、智能化均离不开单片机的应用。因而不仅是计算机专业、电子技术专业、通信专业、而且机械、化工、建筑等其他工科类专业，也都开设了“单片机原理及应用”的课程。事实上，该课程已成为工科类一门时髦的公共专业课程。
近年来，单片机技术发展很快，各种性能优良的单片机芯片如雨后春笋般推向市场，种类已超过一千种。但是在我国推广应用最广泛的是Intel公司的MCS—51型系列单片机。MCS—51型单片机具有高性能价格比、开发装置多、国内技术人员熟悉、“够用适用”的优点。近年来，Philips公司、Atmel公司和Dallas Semiconductor公司等国际著名芯片制造商纷纷开发出以51为内核，功能更丰富、性能更优良、与MCX—51兼容的单片机芯片，大大延续了MCS—51单片机的生命周期。
Intel8253是微型计算机外围接口电路，内部包含3个彼此独立的16位减法计数器。每个计数器都可由软件确定为16位二进制减法计数器或者十进制4位BCD减法计数器。每个计数器都有6种不同的工作模式，也由软件确定。每个计数器都有一个时钟输入端(CLK)、一个门控信号输入端(GATE)和输出端(OUT)。读写由A1、．A0、RD、WR和CS等引脚加以控制，主要用以控制Intel8253的数据与命令的写入、读取与禁止
脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation—PWM)是指将输出信号的基本周期固定，通过调整基本周期内工作周期的大小来控制输出功率。原理就是开关管在一个周期内的导通时间为t，周期为T，则电机两端的平均电压U=Vcc t/T=aVcc。其中，a=t/T(占空比)，Vcc是电源电压。电机的转速与电机两端的电压成比例，而电机两端的电压与控制波形的占空比成正比，因此电机的速度与占空比成比例，占空比越大，电机转得越快。
PWM常取代数／模转换器(DAC)用于功率输出控制，其中，直流电机与交流电机的速度控制是最常见的应用。通常PWM配合桥式驱动电路实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大。PWM控制波形的实现可以通过模拟 电路或数字电路实现，例如用555搭成的触发电路，但是，这种电路的占空比不能自动调节，不能用于自动控制小车的调 速。而目前使用的大多数单片机都可以直接输出这种PWM波形，或通过时序模拟输出，最适合小车的调速。
L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其引脚排列如图1中U4所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传号。L298可驱动2个电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。
由于电机在正常工作时对电源的干扰很大，只用一组电源时会影响单片机的正常工作。所以选用双电源供电。一组5V电源给单片机和控制电路供电，另外一组5V、9V电源给L298N的+VSS、+VS供电。在控制部分和电机驱动部分之间用光耦隔开，以免影响控制部分电源的品质。
选用输出部分为达林顿晶体管的光电隔离器，可以显著提高晶体管的电流放大系数，从而提高光电耦合部分的电流传输比CTR。这样，输入部分的红外发光二极管只需较小的正向导通电流If，就可以输出较大的负载电流，以驱动继电器、电机、灯泡等负载形式。
达林顿晶体管输出形式的光电隔离器，其电流传输比CTR可达5000％，即Ic＝5000×If ，适用于负载较大的应用场合。在采用光电隔离器驱动电磁继电器的控制绕组时，应在控制绕组两侧反向并联二极管D，以抑制吸动时瞬恋反电动势的作用，从而保护继电器产品。
传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。简单地说，传感器是把非电量转换成电量的装置。
传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。转换元件则将上述非电量转换成电参量。测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分。测量电路中较多使用电桥电路。应该注意的是有些敏感元件可以直接输出电参量，也就是说，没有敏感元件与传感元件之分。
传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系。当输入量为常量或变化极慢时，其关系为静态特性；当输入量随时间较快变化时，其关系为动态特性。传感器的静态特性参数包括灵敏度、线性度、重复性、迟滞、温漂、稳定性（零漂）、分辨率等。传感器的动态特性是对时间变化的输入量的响应特性，为了便于研究，通常用正弦周期输入和阶跃输入作为“标准输入”，考察传感器的响应特性等。
我们这里用到的光电传感器是用发光二极管作为光源、光敏三极管作为基本电路的组成。它具有光谱特性、伏安特性、光电特性、温度特性、频率特性，使用它更能传递信息。
但很欣慰的是，在国内有着一批人士对这项技术充满热情，因为他们对技术的热爱与追求，我们中国在程序方面一点都不比发达国家的程序员差劲！他们也不遣于力的共享他们的资料，共享他们在做实物时的实验数据，甚至公开他们做完实物后的心得体会。正是于是在这样的环境中，我们才更有理由相信：中国的明天会更加美好！
自动往返电动小汽车，有时也可以把它当成一种玩具车，作为一种课题而言，最早的设计应该出现在大学生电子制作大赛中。在网络上这方面的资料也有。希望自己也能够在短时间内通过资料的参考与自己的思考，能够有自己的思路及设计。
