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1、单片机原理及应用,作者：徐新民,责任编辑：王 波 出版日期：2009年9月 IDPN：308-2009-151 课件章数：11,第3章 单片机指令系统,3.1 概 述 3.2 寻址方式 3.3 数据传送类指令 3.4 算术运算类指令 3.5 逻辑运算和移位指令 3.6 控制转移指令 3.7 位操作类指令,3 .1 .1 指令分类 3 .1 .2 指令格式 3 .1 .3 指令系统中使用一些特殊符号的意义 3 .1 .4 MCS-51 单片机执行指令的过程,3 .1 .1 指令分类,MCS-51共有111条指令，按其功能可分为5大类： （）数据传送类指令（共29条） （）算术运算类指令（共24条
2、） （）逻辑运算及移位类指令（共24条） （）控制转移类指令（共17条） （）布尔变量操作类指令（共17条）当然指令分类也可以按其执行速度分类，即可分为单机器周期指令（64条）、双机器周期指令（45条）和四机器周期指 令（2条）。,3 .1 .2 指令格式,指令格式是指令码的结构形式。 通常，指令可以分为操作码和操作数两部分。 操作码规定指令所完成的操作，而操作数表示操作的对象。MCS-51单片机指令的具体格式如下：,在MCS-51单片机的指令系统中，有单字节、双字节和三字节三种不同长度的指令。 （） 单字节指令：指令只有一个字节，操作码和操作数在一个字节中。 在MCS-51单片机的指令系统中
3、，共有49条单字节指令。 （） 双字节指令：双字节指令包括两个字节，其中一个字节为操作码，另一个字节为操作数。 在MCS-51单片机的指令系统中，共有45条双字节指令。 （） 三字节指令：三字节指令包括三个字节，其中一个字节为操作码，其余两个字节为操作数。 在MCS-51单片机的指令系统中，共有17条三字节指令。,3 .1 .3 指令系统中使用一些特殊符号的意义,Rn ：当前工作寄存器组中的 个工作寄存器R0 R7（n 0 7）。 Ri ： 当前工作寄存器组中可作为地址寄存器的两个寄存器R0和R1(i 0，1) di rect ： 位直接地址。 实际使用时direct应该是H FFH中的一个，
4、也可以是采用物理地址表示的特殊功能寄存器SFR中的一个。 data ：指令中的8位立即数。 data16：指令中的16位立即数。 addr16：16位地址值，用于LCALL 和LJMP指令中的16位目的地址，目的 地址的 空间为64KB程序存储器地址。 addr11：11位地址值，用于ACALL 和AJMP指令中的11位目的地址，目的地址必须 放在与下条指令第一个字节同一个KB程序存储器空间之中。,rel ： 8位带符号的偏移字节，用于所有的条件转移和SJMP等指令中，偏移字节对 应于下条指令的第一个字节开始的128 127范围内。 ： 间接寄存器寻址或基址寄存器的前缀标志。 ： 为操作的前缀
5、，声明对该位操作数取反。 DPTR ： 数据指针。 bit ： 片内RAM 和特殊功能寄存器的直接寻址位。 A ： 累加器。 B ： B寄存器。 用于乘法和除法指令中。 C ： 进位标志位。 (x)：某地址单元中的内容。 (x)：由x寻址的单元中的内容。,3 .1 .4 MCS-51 单片机执行指令的过程,单片机执行程序的过程是逐条指令执行的过程，计算机每执行一条指令都可分为三个阶段进行，即取指令 分析指令 执行指令。,取指令阶段的任务：根据程序计数器PC中的值从程序存储器读出现行指令，送 到指令寄存器。 分析指令阶段的任务：将指令寄存器中的指令操作码取出后进行译码，分析其 指令性质。若指令要
6、求操作数，则寻找操作数地址。,计算机执行程序的过程实际上就是逐条地重复上述指令的操作过程，直至遇到停机指令或循环等待指令。 例如执行指令：MOV A ， 0E0H ，其机器码为“74HE0H” ，该指令的功能是把操作数E0H送入累加器，0000H单元中已存放74H ，0001H单元中已存放E0H。 当单片机开始运行时，首先是进入取指阶段，其次序是：,（） 程序计数器的内容（这时是0000H）送到地址寄存器； （） 程序计数器的内容自动加1（变为0001H） ； （） 地址寄存器的内容（0000H）通过内部或外部地址总线送到存储器，经存储器中的 地址译码电路，使地址为0000H的单元被选中； （
7、） CPU 使读控制线有效； （） 在读命令控制下被选中存储器单元的内容（此时应为74H）送到内部数据总线上，因为是取指阶段，所以该内容通过数据总线被送到指令寄存器。,至此，取指阶段完成，进入译码分析和执行指令阶段。,由于本次进入指令寄存器中的内容是74H（操作码） ，即还要在存储器中取第二个字节。 其过程与取指阶段很相似，只是此时PC已为0001H。 指令译码器结合时序部件，产生74H操作码的微操作系列，使数字E0H从0001H单元取出。 因为指令是要求把取得的数送到A累加器，所以取出的数字经内部数据总线进入A 累加器，而不是进入指令寄存器。至此，一条指令的执行完毕。 单片机中PC 0002
8、H ，PC 在CPU 每次向存储器取指或取数时自动加1，单片机又进入下一取指阶段。 这一过程一直重复下去，直至收到暂停指令或循环等待指令暂停。,3 .2 寻址方式,3.2.1 直接寻址 3 .2.2 寄存器寻址 3.2.3 寄存器间接寻址 3.2.4 立即寻址 3.2.5 变址寻址 3.2.6 位寻址 3.2.7 相对寻址,3 .2 .1 直接寻址,直接寻址方式是指在指令中操作数直接以单元地址的形式给出，也就是在这种寻址方式中，操作数项给出的是参加运算的操作数的地址，而不是操作数。,例： MOVA ，AH 这条指令中操作数就在AH 单元中，也就是AH是操作数的地址，并非操作数。 指令的含义就是
9、把AH中的内容H送入累加器A中，如图- 所示。,图-1 直接寻址示意图,寻址对象： （）内部数据存储器，在指令中以直接地址表示； （）特殊功能寄存器SFR ，除以单元地址形式给出外，还可以以寄存器符号形式给出。,3 .2 .2 寄存器寻址,以通用寄存器的内容为操作数的寻址方式称为寄存器寻址。 寄存器寻址对选定的8个工作寄存器R0 R7进行操作，也就是操作数在寄存器中，因此指定了寄存器就得到了操作数，寄存器寻址的指令中以寄存器的符号来表示寄存器。 例： MOVA ，R 这条指令的意义是把所用的工作寄存器组中的R 的内容送到累加器A中。 值得注意的是工作状态寄存器的选择通过程序状态寄存器来控制，在
10、执行这条指令前，应通过PSW设定当前工作寄存器组。 寄存器寻址的寻址范围是： （）4个工作寄存器组共有32个通用寄存器，但在指令中只能使用当前寄存器组（工作寄存器组的选择由程序状态字PSW中的RS 和RS 来确定） ，因此在使用前常需要通过对PSW中的RS 、RS 位的状态设置，来进行对当前工作寄存器组的选择。 （）部分专用寄存器。 例如，累加器A、通用寄存器B、地址寄存器DPTR和进位位CY。寄存器寻址方式是指操作数在寄存器中，因此只要指定了寄存器名称就能得到操作数。 例： MOV A ，R INC R,3 .2 .3 寄存器间接寻址,对于寄存器寻址方式，寄存器中存放的是操作数，而寄存器间接
11、寻址方式是指寄存器中存放的是操作数的地址，即操作数是通过寄存器间接得到的，因此称为寄存器间接寻址。,例： MOVA ， R 这条指令的意义是将R 寄存器指向的地址单元中的内容送到累加器A中。 假如R0 #56H ，那么是将56H 单元中的数据送到累加器A 中，如图- 所示。,图3-2寄存器间址寻址示意图,MCS-51单片机规定工作寄存器的R0、R1作为间接寻址寄存器，用于对内部或外部数据存储器的156个单元寻址。 然而有必要指出，内部RAM 的高128字节地址与专用寄存器的地址重叠，所以这种寻址方式不能用于访问特殊功能寄存器。,当用DPTR作为间址寄存器时，因DPTR是一个16位的寄存器，所以
12、它的寻址范围就是2的16次方 65536 64K。 用DPTR作为间址寄存器的寻址空间是64K ，所以访问片外数据存储器时，通常就用DPTR作为间址寄存器。,在执行PUSH(压栈)和POP(出栈)指令时，采用堆栈指针SP作寄存器间接寻址。,作为寄存器间接寻址用的寄存器主要有四个，即R0、R1、DPTR、SP。 寄存器间接寻址范围总结如下：,（）内部RAM 低128单元。 对内部RAM 低128单元的间接寻址，应使用R0或R1作间址寄存器，其通用形式为 Ri（i 0或1）。 （）外部RAM 64KB。 对外部RAM64KB的间接寻址，应使用 DPTR 作间址寻址寄存器，其形式为： DPTR。,例
13、： MOVX A ， DPTR ； MOVX A ， R ；,3 .2.4 立即寻址,立即寻址就是把操作数直接在指令中给出，即操作数包含在指令中，指令操作码的后面紧跟着操作数，一般把指令中的操作数称为立即数，因此而得名。 为了与直接寻址方式相区别，在立即数前加上“ ”符号。 例： MOV A ， 0EH,这条指令的意义是将EH这个操作数送到累加器A中。 在这种寻址方式中，指令多是双字节的，一般第一个字节是操作码，第二个字节是操作数。 该操作数直接参与操作，所以又称立即数，由“# ”号表示。 立即数就是存放在程序存储器中的常数。 例： MOV A ， AH 这条指令的指令代码为74H、AH ，是
14、双字节指令，这条指令的功能是把立即数AH送入累加器A中。 例： MOV DPTR ， 8200H DPTR是一个16位的寄存器，它由DPH及DPL 两个8位的寄存器组成。 这条指令的意思就是把立即数的高 位（即82H）送入DPH 寄存器，把立即数的低8位（即00H）送入DPL 寄存器。在80C51单片机的指令系统中，仅有一条指令的操作数是16位的立即数，其功能是向地址指针DPTR 传送16位的地址，即把立即数的高8位送入DPH ，低 位送入DPL 。,3.2 .5 变址寻址,变址寻址是以DPTR或PC作为基址寄存器，以累加器A作为变址寄存器，将两寄存器的内容相加形成的 位地址作为操作数的实际地
15、址。 例如： MOVC A ， ADPTR ；（ADPTR）A MOVC A ， A PC ；（A PC）A JMP ADPTR,在这三条指令中，A作为变址寄存器，DPTR或PC作为基址寄存器，A作为无符号数与DPTR或PC的内容相加，得到访问的实际地址。 其中前两条是程序存储器读指令，后一条是无条件转移指令，前两条指令的操作如图3-3和图- 所示。,图- MOVC A ， A DPTR,图- MOVC A ， A PC,例3-1 已知片外ROM 的H单元中有一常数x ，现欲把它取到累加器A ，请编出相应程序，并进行必要的分析。,解 根据变址寻址的特点，基地址显然应取0300H ，地址偏移量为
16、02H ，相应程序为:,MOV DPTR ， 0300H ；DPTR 0030H MOV A ， 02H ；A 02H MOVC A ， ADPTR ；A x,其中，第一条和第二条传送指令是为第三条变址寻址指令准备条件的。 在第三条指令执行时，单片机先把DPTR 中0030H和累加器A 中02H 相加后得到0302H ，然后到片外ROM 中取出操作数x送到累加器A。 因此，累加器A 具有双重作用，在指令执行前用来存放地址偏移量02H ，指令执行后为目的操作数x ，指令执行过程如图3-5所示。,图- 变址寻址示意图,3.2.6 位寻址,80C51单片机有位处理功能，可以对数据位进行操作，因此就有相应的位寻址方式。 所
