单片机第四章(指令)

单片机应用技术讲义（第三版）,北京工业大学电控学院张印春,2005.10,第四章MCS-51指令系统,第四章MCS-51指令系统,4.1概述,4.1.1基本概念,指令：控制计算机运行的代码，以二进制数字或助记符表示,指令系统：全部指令的集合,指令周期：指令运行的时间，大于等于1个机器周期。,指令运行过程：,指令存储器,（程序）,取指令,指令寄存器,指令译码器,单片机运行控制信号,指令分类：,存储长度-字节，13（参见P269附录C）,执行时间-机器周期，14（参见P269附录C）,功能-5大类,指令专用符号：,上表续：,4.1.2指令格式,指令分为：,操作码-定义操作内容,操作数-指示操作对象（数据或地址）,单字节指令,双字节指令,三字节指令,操作码,操作数,同在一字节,操作码,操作数,操作码,操作数1,操作数2,操作码,操作数1,操作数2,单操作数指令,双操作数指令,操作码,操作数2,操作数3,操作数1,3操作数指令,4.1.3寻址方式,寻址方式：指令中表明数据所在位置的方式,直接寻址：直接确定数据所在位置,间接寻址：通过中间环节确定数据所在位置,1.直接寻址方式,立即寻址（限ROM操作）,指令操作数为立即数#data或#data16的直接寻址操作。,例如：MOVA,#0DBH,直接将数据11011011送入累加器A，#data来自程序存储器ROM。,累加器A,11011011,（#data）,直接寻址（限内部RAM和SFR操作）,指令操作数为数据存放地址direct的直接寻址操作。,将内部RAM地址为40H单元中数据11011011送入累加器A。,累加器A,11011011,内部RAM,40H,（direct）,例如：MOVA,40H,寄存器寻址（限寄存器名的操作）,指令操作数为Rn,A,B,DPTR等寄存器名的直接寻址操作。,将内部RAM中工作寄存器R0（00H）单元中数据11011011送入累加器A。,累加器A,11011011,内部RAM,00H,（R0）,例如：MOVR0,#11011011B,MOVA,R0,位寻址（操作数为可寻址位）,指令操作数为位数据存放地址的直接寻址操作。,CY,PSW,07,06,05,04,03,02,01,00,20H,内部RAM,（Bit）,1,1,0,1,1,0,1,1,07H,将位可寻址区07H中的位数据1送进位位CY,例如：MOVC,07H,累加器A,2.间接寻址方式,寄存器Ri间接寻址（限内部RAM和外部RAM前256字节的操作,不能用于SFR）,指令操作数为通用寄存器名Ri,Ri中存有数据存放的8位地址。,内部RAM,11011011,01000000,40H,自R0获得数据存放地址40H，然后将40H单元中的数据送累加器A。,（R0）,例如：MOVR0,#40H,MOVA,R0,寄存器DPTR间接寻址（限外部RAM操作）,指令操作数为数据指针DPTR,DPTR中存有数据存放的16位地址。,外部RAM,累加器A,8080H,11011011,DPTR,8080H,自DPTR获得数据存放地址8080H，然后将8080H单元中的数据送累加器A。,例如：MOVDPTR,#8080H,MOVXA,DPTR,堆栈指针SP间接寻址（限内部RAM）,指令操作数为堆栈指针SP,SP中存有数据存放的8位地址。实际操作指令中SP为隐含操作数。,内部RAM,累加器A,60H,11011011,SP,60H,自SP获得数据存放地址60H，然后将60H单元中的数据送累加器A。,SFR（81H）,例如：MOVSP,#60H,POPA,基址+变址寄存器寻址（限程序存储器ROM操作）,指令操作数为PC或DPTR与累加器A,PC或DPTR中存放16位基地址，累加器A存放8位偏移量。,ROM,累加器A,8080H,11011011,A,80H,自DPTR+A获得数据存放地址8080H，然后将8080H单元中的数据送累加器A。,DPTR,8000H,+,例如：MOVDPTR,#8000H,MOVA,#80H,MOVCA,A+DPTR,相对寻址（限程序存储器ROM操作）,指令操作数为PC（程序计数器）+rel（偏移量）,用于程序运行中的相对转移操作。,例如：JP1：MOVA,#100;2字节,SJMPJP1;2字节,8000H,8001H,8002H,8003H,8004H,MOV,A,#100,SJMP,JP1,+,8004H,-4,8000H,PC,PC,rel,在执行相对跳转的指令时，将当前PC值与跳转距离（rel）相加，产生新的PC值继续运行程序。,4.2指令分析,MCS-51单片机指令按功能分为五大类,数据传送指令（28）,算数操作指令（24）,逻辑操作指令（25）,控制转移指令（17）,布尔变量操作指令（17）,4.2.1数据传送指令分析,1.数据传送的对象及操作指令助记符,MOV-内部RAM数据传送指令助记符,MOVX-外部RAM数据传送指令助记符,MOVC-ROM数据传送指令助记符,内部,外部,外部,内部,ROM,ROM,RAM,RAM,SFR,I/O,扩展,MOV,MOVC,MOVX,不同区域之间的数据传送必须经过累加器A周转，不能直接进行。外部RAM之间、扩展I/O之间的数据传送，也必须经过累加器A周转。,ROM,外部RAM,内部RAM,A,内部RAM,内部RAM,SFR,外部RAM,外部RAM,A,I/O,I/O,PUSH-压栈指令助记符,POP-退栈指令助记符,XCH-字节数据交换指令助记符,XCHD-低半字节数据交换指令助记符,SWAP-累加器内半字节数据交换指令助记符,下面五种操作为特殊的数据传送操作，并且局限于内部RAM和SFR之中。,2.内部RAM和SFR数据传送指令（MOV）分析,数据传送指令通常包括2个操作数,源操作数（后）-被传送数据的存放地址或数据,目的操作数（前）-数据传送的目的地址,操作数种类,DPTR、Rn、A、SP-寄存器直接寻址,direct-直接寻址,Ri-寄存器间接寻址,#data、#data16-立即寻址,操作数组合方式,源、目的不为相同操作数（direct除外）,Rn、Ri不互为操作数,DPTR只为目的操作数，源操作数为#data16,#data、#data16不为目的操作数,内RAM80HFFH只使用Ri作为源和目的操作数，SFR只使用direct作为源和目的操作数。,direct,Ri、direct,Ri,内RAM,80HFFH,内RAM,00H7FH,SFR,80HFFH,用寻址方式区分地址范围同为80HFFH的内RAM和FSR操作,例如：,MOVA,R0,MOVR0,#80H,MOV40H,A,MOV40H,80H,MOVR0,R1,MOVDPTR,#80H,MOVR0,R0,MOV#40H,80H,错,MOV0FFH,80H,3.外部RAM数据传送指令（MOVX）分析,操作数种类,A-寄存器直接寻址,DPTR-寄存器间接寻址（0FFFF范围）,操作数组合方式,源、目的不为相同操作数,MOVXA,DPTR,MOVXDPTR,A,(A)(DPTR),(DPTR)(A),例如：,Ri-寄存器间接寻址（0FFH范围）,MOVXA,Ri,(A)(Ri),MOVXRi,A,(Ri)(A),4.程序存储器ROM数据传送指令（MOVC）分析,操作数种类,A-寄存器直接寻址,A+DPTR、A+PC-基址+变址寄存器间接寻址,操作数组合方式,程序存储器ROM地址不为目的操作数,MOVCA,A+DPTR,MOVCA,A+PC,（A）(A+DPTR),(A)(A+PC),例如：,5.其它数据传送指令（内部RAM和SFR操作）分析,堆栈操作,源操作数：direct-直接寻址,目的操作数：（SP）-SP间接寻址（内RAM前128字节）,PUSH（压栈）操作过程：,(SP)(SP)+1,(SP)（direct）,8051单片机的堆栈为先进后出结构，由压栈操作指令PUSH和退栈操作指令POP实现堆栈操作。,SFR,SP,10H,55H,R0,55H,11H,（SP）,内部RAM,例如：,MOVSP,#10H,MOVR0,#55H,PUSH0,(SP)+1,11H,SFR,PUSH,POP（退栈）操作过程：,(SP)(SP)-1,(direct)(SP),目的操作数：direct-直接寻址,源操作数：（SP）-SP间接寻址（内RAM前128字节）,例如：,POP0,堆栈操作在子程序或中断服务程序中，主要用于现场保护。所以压栈、退栈操作指令必须成对使用，否则会使程序运行产生难以预料的结果。,SFR,SP,11H,55H,R0,55H,11H,（SP）,内部RAM,(SP)-1,10H,SFR,POP,数据互换操作XCH,源操作数：Rn、Ri、direct,目的操作数：A,例如：,MOVA,#0AAH,MOVR0,#55H,XCHA,R0,R0,内部RAM,A,55H,AAH,R0,内部RAM,A,55H,AAH,XCH,低半字节数据互换操作XCHD,源操作数：Ri,目的操作数：A,例如：,MOVA,#5AH,MOVR0,#01H,XCHDA,R0,A,A5H,5AH,XCHD,内部RAM,01H,A,AAH,55H,内部RAM,01H,MOVR1,#0A5H,累加器内半字节数据互换操作SWAP,源操作数：A,目的操作数：A,例如：,MOVA,#5AH,SWAPA,A,5AH,SWAP,A,A5H,4.2.2算数运算指令分析,1.指令助记符,大部分算数运算指令会影响标志位，作为运算结果的辅助说明。,2.加运算,例如：,MOVR0,#39H,MOVA,#73H,ADDA,R0,A,39H,73H,内部RAM,0H,A,ACH,+,一字节加ADD,十进制调整指令DA,例如：一字节BCD加法运算,MOVR0,#39H,MOVA,#73H,ADDA,R0,A,39H,73H,内部RAM,0H,A,ACH,+,DAA,A,12H,1,C,十进制调整,A.3A.2A.1A.0,A.7A.6A.5A.4,AC=1orA3-09,(A)(A)+06,C=1orA7-49,(A)(A)+06,十进制调整操作过程,带进位一字节加ADDC,例如：,MOV10H,#0A0H,MOV11H,#0A0H,MOVR0,#11H,MOVA,10H,A,A0H,A0H,内部RAM,10H,A,40H,+,1,CY,40H,10H,内部RAM,MOV20H,#40H,MOV21H,#40H,MOVR0,A,MOVA,20H,ADDCA,21H,MOV11H,A,A,40H,40H,内部RAM,21H,A,81H,+,+,1,CY,81H,11H,40H,10H,内部RAM,内部RAM,可以借助CY做多字节加法运算。,ADDA,R0,MOVR0,#10H,增1操作INC,例如：,MOV10H,#200,INC10H,MOVR0,#10H,INCR0,201,200,内部RAM,10H,+1,10H,内部RAM,202,201,内部RAM,10H,+1,10H,内部RAM,3.减运算,带借位一字节减SUBB,例如：,CLRC,MOV10H,#02H,MOVA,#01H,SUBBA,10H,2,1,内部RAM,10H,A,255,-,1,CY,0,CY,A,可以借助CY判断2数的大小，或做多字节减法运算。,减1操作DEC,例如：,MOV10H,#200,DEC10H,MOVR0,#10H,DECR0,199,200,内部RAM,10H,-1,10H,内部RAM,188,199,内部RAM,10H,-1,10H,内部RAM,4.一字节无符号乘法运算MUL,例如：,MOVA,#80H,MOVB,#80H,MULAB,80H,80H,A,B,00H,40H,A,B,5.一字节无符号除法运算DIV,例如：,MOVA,#0FFH,MOVB,#07H,MULAB,07H,FFH,A,B,03H,24H,B,A,商,余数,4.2.3逻辑运算指令分析,1.指令助记符,2.双操作数“与”“或”“异或”运算,第一类以A寄存器为第一操作数及结果存放地,第二类以direct寄存器为第一操作数及结果存放地,操作数组合方式,举例,累加器A“与”内RAM20H单元,MOVA,#11110000B,MOV20H,#10101010B,ANLA,20H,A,20H,A,第一操作数,第二操作数,按位相与结果,“与”,1,1,1,1,0,0,0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,0,0,0,0,累加器A“或”（R0）所指单元,MOVA,#11110000B,MOVR0,#20H,ORLA,R0,A,20H,A,第一操作数,第二操作数,按位相或结果,“或”,1,1,1,1,0,0,0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,1,1,1,1,0,1,0,MOV20H,#101010101B,20H“异或”立即数10101010B,MOV20H,#11110000B,XRL20H,#10101010B,20H,#data,20H,第一操作数,第二操作数,按位异或结果,“或”,1,1,1,1,0,0,0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,0,1,0,1,1,0,1,0,内部RAM,3.以累加器A为操作数的逻辑操作指令,清0,CLRA,A,A,0,0,0,0,0,0,0,0,CLR,逻辑“非”,CPLA,A,A,1,0,1,0,1,0,1,0,CPL,0,1,0,1,0,1,0,1,累加器循环左移一位,RLA,A,带进位移位,RLCA,RRA,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,移位,累加器循环右移一位,A,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,带进位累加器循环左移一位,A,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,CY,RRCA,带进位累加器循环右移一位,A,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,CY,4.2.4控制转移指令分析,1.控制转移指令功能,例1：A/D转换控制程序流程,启动A/D转换,转换结束？,读A/D转换结果,循环结构,包括：,循环体,循环判定条件,程序流程结构举例,循环过程控制,N,Y,例2：温度控制程序流程,取当前温度值,温度高于设定值？,升温数据处理,降温数据处理,控温数据送D/A,分支结构,包括：,分支判定条件,分支过程控制,控制转移操作-改变程序流程,Y,N,2.指令助记符,3.转移操作,无条件转移指令,AJMP执行过程,PCA10A0,程序按新的PC值继续运行,PC,PC15PC11,PC10PC9PC8PC7PC1PC0,A10A9A8A7A1A0,不改变,例如：PC15PC11为00000B，对应跳转范围为000007FFH。,PC15PC11：将64KB程序存储空间分为32个块，每块2KB，决定跳转的范围。,PC15PC11为00001B，对应跳转范围为08000FFFH。,A10A0：决定在2KB范围内具体的跳转位置。,例如：PC15PC11为00001B，,PC为00001000