第3章 指令系统

2020/5/8,1,3.2指令格式和寻址方式,3.3指令分类介绍,3.1MCS-51程序设计语言介绍,第3章指令系统,单片机原理及接口技术,2020/5/8,2,3.1MCS-51程序设计语言介绍,机器语言：用二进制代码表示的指令，也是CPU唯一能够接受的指令形式.如:MOVA，R0；机器语言（机器码）为：1110_1000bMOVR1，A；机器码为：1111_1001b汇编语言：汇编语言就是用助字符表示的指令，与机器语言指令一一对应。如：两个寄存器相加汇编语言指令：ADDA，R0C51语言：语法同标准C语言。开发效率高，可读性强，是目前使用最为广泛的单片机开发语言。一条C语言通常需要由多条机器语言组成。,机器语言（MachineLanguage)有三类汇编语言(Assemble)高级语言(HighLevelLanguage),2020/5/8,3,2020/5/8,4,一、汇编语言指令格式：标号:操作码操作数1，操作数2；注释换行表示一条指令结束。例如：LOOP：MOVA，#40H；取参数,1.标号：指令的符号地址。2.操作码：指明指令功能。3.操作数：指令操作对象。数据、地址、寄存器名及约定符号。操作数1:目的操作数;操作数2:源操作数.4.注释行：说明指令在程序中的作用。操作码和操作数是指令主体。,MOVmove传送XCHexchange交换ANLandlogic与逻辑运算XRLexclusiveor异或运算MULmultiply乘法RRrotateright右循环SJMPshortjump短跳转RETreturn子程序返回,3.2指令格式和寻址方式,2020/5/8,6,二、机器语言指令格式：,操作码操作数1操作数2有单字节、双字节和三字节指令。,举例：汇编语言：机器语言：MOVA，R0E8HMOVR6，#32H7E32HMOV40H，#64H754064H,11101000,要求能够熟练手工翻译机器码!,三、指令寻址方式,（一）操作数类型：位(bit)位寻址区中的一位二进制数据字节(Byte)8位二进制数据字(Word)16位双字节数据,（二）寻址方式：1.立即寻址方式:指令中给出实际操作数据(立即数)，一般用于为寄存器或存储器赋常数初值。举例：8位立即数：MOVA，#40H；A#40H16位立即数：MOVDPTR，#2100H；DPTR#2100H,2020/5/8,8,2.直接寻址方式:,操作数是存储器单元地址，数据放在存储器单元中。MOVA，40H；A(40H),注意小括弧的含义,直接寻址方式对数据操作时，地址是固定值，而地址所指定的单元内容为变量形式。,例：设存储器两个单元的内容如图所示，执行指令MOVA，40H后A=？,思考题：直接寻址方式指令和立即寻址方式指令的形式有什么不同？,56H,3.寄存器寻址方式：,4.寄存器间接寻址方式：操作数为寄存器名，寄存器中存放的是数据地址。存放地址的寄存器称为间址寄存器或数据指针。例:MOVA，R0；A(R0)设指令执行前A=20H，R0=40H，地址为40H存储器单元内容如图所示。执行指令后，A=？,R0=？,(40H)=？,34H,40H,34H,01000000,A,R0,00100000,A,20H,R0,40H,例:MOVA，R0；A（R0）设指令执行前A=20H，R0=40H，执行指令后，A=？，R0=？,操作数为寄存器名，数据存放在寄存器中。,40H,40H,5.变址间接寻址方式：,例：MOVCA，A+DPTR；A(A+DPTR)设指令执行前A=09H，DPTR=2000H，存储器单元内容如图所示。执行指令后，A=？DPTR=？,12H,2000H,数据在存储器中，指令给出的寄存器中为数据的基地址和偏移量。数据地址=基地址+偏移量。说明：1、只对程序存储器；2、指令形式：MOVCA，A+DPTRMOVCA，A+PC,2020/5/8,11,指令给出位地址。一位数据在存储器位寻址区。（1）内部RAM中的位寻址区：字节地址为20H2FH；（2）专用寄存器的可寻址位：11个（83位）表示方法：1）直接使用位地址；如：PSW的位6可表示为0D6H2）位名称表示；或AC3）字节地址加位数表示；或0D0H.64）专用寄存器符号加位数表示。或PSW.6例：MOVC，40H；Cy(位地址40H)设指令执行前Cy=1，位地址40H存储器单元如图，执行指令后，Cy=？,0,6.位寻址方式：,7.相对寻址方式：,目的地址=转移指令地址+转移指令字节数+rel（rel为偏移量）,当前PC值加上指令中规定的偏移量rel，构成实际的操作数地址例：SJMPrel操作：跳转到的目的地址=当前16位PC值+rel,注意：1）“当前PC值”指程序中下一条指令所在的首地址，是一个16位数；2）符号“rel”表示“偏移量”,是一个带符号的单字节数,范围是:-128+127(80H7FH)。,在实际编程中，“rel”通常用标号代替。,2020/5/8,13,指令功能分类：数据传送、算术运算、逻辑运算、布尔处理、程序控制。,3.3.1数据传送指令实现寄存器、存储器之间的数据传送。一、内部传送指令：片内数据存储器数据传送。二、外部传送指令：片外数据存储器数据传送。三、交换指令：片内数据存储器数据传送。四、堆栈操作指令：片内数据存储器数据传送。五、查表指令：程序存储器数据传送。,3.3指令分类介绍,(一)内部传送指令：,习题：找出配对指令，实现反向传送。,指令机器码：11101rrrE8EF11100101nE5n1110011iE6、E701110100d74d10101rrrn1010011in85n1n290d1d2,MOVA，Rn；A(Rn)，Rn=R0R7MOVA，direct；A(direct)MOVA，Ri；A(Ri),Ri=R0、R1MOVA，#data；AdataMOVRn,direct；Rn(direct)MOVRi,direct；(Ri)(direct)MOVdirect1，direct2；(direct1)(direct2)MOVDPTR，#d1d2；DPTRd1d2,实现片内数据存储器中数据传送。指令格式：MOV目的操作数，源操作数寻址方式：立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间址。,例：,MOVA，#30HMOV4FH，AMOVR0，#20HMOVR0，4FHMOV21H，20H,习题：用两种寻址方式实现，将片内RAM60H单元的数据传送给累加器A。,解：MOVA,#60H（）,MOVR0，#60H（）MOVA，R0,；A=30H；(4FH)=30H；R0=20H；(20H)=30H；(21H)=30H,MOVR0，60HMOVA，R0（）,解：MOVA,60H（）结果A=32H,顺序执行下列指令序列，求每一步执行结果。,2020/5/8,16,说明：,只有指令表中的指令才有对应指令代码，计算机才能执行。编程时，不能随意创造发明指令。,1.一条指令中不能同时出现两个工作寄存器：非法指令：MOVR1，R2MOVR2，R0,2.间址寄存器只能使用R0、R1。非法指令：MOVA，R2,3.SFR区只能直接寻址，不能用寄存器间接寻址。非法指令：MOVR0，#80HMOVA，R0,4.指令表中的两个参数：指令字节数和机器周期数,2020/5/8,17,（二）外部RAM传送指令:(MOVX),指令格式：MOVX目的操作数，源操作数寻址方式：片外数据存储器用寄存器间址方式。DPTR作16位数据指针，寻址64KB片外RAM空间：MOVXA，DPTR；A(DPTR)（读）MOVXDPTR，A；(DPTR)A（写）2.Ri作8位数据指针，寻址256B片外RAM空间(页内寻址)：MOVXA，Ri；A(P2Ri)（读）MOVXRi，A；(P2Ri)A（写）,实现外部数据存储器和累加器A之间的数据传送。,例：实现片外数据存储器数据传送（2000H)(2100H)。,MOVDPTR，#2000HMOVXA，DPTRMOVDPTR，#2100HMOVXDPTR，A,习题：将片外RAM0000H单元的数据传送到片内RAM的60H单元。,；DPTR=2000H；A=X；DPTR=2100H；(2100H)=X,片外数据存储器不能直接寻址。下列为非法指令：MOVXA，2000HMOVX2100H，2000H,思考题：为什么对DPTR的数据传送使用内部传送指令？,2020/5/8,19,(三)ROM传送指令（查表指令）:(MOVC),1DPTR为基址寄存器:MOVCA，A+DPTR；A(A+DPTR)（读）查表范围为64KB程序存储器任意空间，称为远程查表指令。2PC为基址寄存器:MOVCA，A+PC；A(A+PC)（读）常数表只能在查表指令后256B范围内，称为近程查表指令。,实现从程序存储器读取数据到累加器A,只能使用变址间接寻址方式。多用于查常数表程序，可直接求取常数表中的函数值。,例1：以查表方法把累加器中的十六进制数转换为ASCII码，并送回累加器中。,程序如下：指令地址源程序ORG2000H2000HBA：INCA2001MOVCA，A+PC2002RET2003DB30H2004DB31H2005DB32H2011DB45H2012DB46H,习题：改用DPTR指针实现上述功能,例2：,程序：ORG1000HSQU:MOVDPTR，#3000H；确定表首地址（基地址）MOVA，20H；取X（变量：偏移量）MOVCA，A+DPTR；查表求Y=X2MOV21H，A；保存Y（结果）RET；子程序结束；其它程序段ORG3000H；常数表格首地址TAB:DB00，01，04，09，225；平方表END,方法1：,查表法求Y=X2。设X(0X15)在片内RAM的20H单元中，要求查表求Y，存入片内RAM21H单元。,指令地址源程序ORG1000H；程序起始地址1000HSQU:MOVA，20H；取X1002HADDA，#3；修正偏移量1004HMOVCA，A+PC；查表求Y=X2（PC=1005H）1005HMOV21H，A；存结果1007HRET；子程序结束1008HTAB:DB00，01，04；平方表100BHDB09，225,思考题：当0X255时，如何用查表法编程求Y=X2。,方法2：,查表法求Y=X2。设X(0X15)在片内RAM的20H单元中，要求查表求Y，存入片内RAM21H单元。,例2：,2020/5/8,23,（四）交换指令:,1.字节交换指令XCHA，Rn；A(Rn)XCHA，Ri；A(Ri)XCHA，direct；A(direct),习题：将片内RAM60H单元与61H单元的数据交换。,例：设A=29H，执行指令XCHA，2AH后，A=？，(2AH)=？,38H,29H,XCH60H，61H；对吗？,29H,不对！,实现片内RAM区的数据双向传送。,2.半字节交换指令：,XCHDA，Ri；A03(Ri)03SWAPA；A47A03,例：将片内RAM2AH和2BH单元中的低半字节拼成新字节，其中2BH单元的低半字节作为新字节的高半字节。,58H,习题：交换片内RAM40H单元和41H单元的低半字节。,2020/5/8,25,（五）堆栈操作指令：,什么是堆栈?,堆栈是一种数据结构,是只允许在其一端进行数据插入和数据删除操作的线性表;数据写入堆栈称为压入，或叫进栈(PUSH);数据从堆栈中读出称为弹出，或叫出栈(POP);堆栈操作遵循先进后出的规则.,堆栈的功用,为子程序调用和中断操作而设立,用于保护断点和现场;堆栈也可用于数据的临时存放.,2020/5/8,26,堆栈指针及操作,进栈和出栈操作实际就是对栈顶单元的写和读操作；堆栈指针SP就是用来指示当前栈顶位置的；进栈操作：先SP自动加1，后写入数据；出栈操作：先读出数据，后SP自动减1；,堆栈区域的开辟,堆栈指针SP的复位初始状态指向内部数据存储器的07H单元;实际工作中通常将堆栈区域设在30H到7FH单元中。,2020/5/8,27,例：设A=02H，B=56H，执行下列指令后，SP=？，A=？，B=?,SBR：MOVSP，#30H；设栈底PUSHAPUSHBMOVA，#00HMOVB，#01HPOPBPOPA,02H,56H,30H,进栈指令：PUSHdirect；SPSP+1，(SP)(direct)出栈指令：POPdirect；(direct)(SP)，SPSP-1“先加后压”“先弹后减”,2020/5/8,28,练习：,说明程序执行过程中，SP的内容及堆栈中内容的改变过程。程序如下：MOVSP，#30HMOVA，#20HMOVB，#30HPUSHAPUSHBPOPAPOPB,；SP=30H；A=20H；B=30H；SP=31H（31H）=20H；SP=32H（32H）=30H；A=30HSP=31H；B=20HSP=30H,习题：找出指令错误并改正：,1MOVA，#1000H；A1000H（A装1个字节数）2MOVXA，1000H；A(1000H)片外RAM(DPTR、Ri)3MOVCA，1000H；A(1000H)片外ROM(DPTR、PC)4MOVX60H，A；片外RAM(60H)A（应为MOV）5MOVR0，60H；片内RAM：(61H)(60H)MOV61H，R0(片内RAM可直接寻址)6.XCHR1，R2；R1R2(必须有A参加)7.MOVXDPTR，#2000H；DPTR2000H(应为MOV)8.MOVX60H，DPTR；片内RAM片外RAM(必须有A参加),2020/5/8,30,3.3.2算术运算指令,多数算术运算指令的执行结果会自动影响状态寄存器PSW中的标志位。,状态寄存器PSW：字节地址为D0H,思考题:能否根据PSW的字节地址,推出PSW中各位的位地址?,2020/5/8,31,1）Cy：进位标志位保存运算后最高位的进位/借位状态，当有进位/借位，Cy=1，否则Cy=0。2）AC：辅助进位标志位保存低半字节的进位/借位状态，当D3产生进位/借位，AC=1，否则AC=0。用于十进制调整。3）OV：溢出标志位运算结果按补码运算理解。有溢出OV=1，否则OV=0。4）P：奇偶标志位反映累加器A中数据的奇偶性。当1的个数为奇数，P=1，否则P=0。,2020/5/8,32,1）F0：用户自定义标志位。2）RS1、RS0：工作寄存器区选择位。复位时，PSW=00H,例：复位后，设置使用工作寄存器3区，其余标志位不变。,解：MOVPSW，#,18H,2020/5/8,33,算术运算指令：,加减指令（读-修改-写）：1.加法指令：,76H0011,1）不带进位加法：ADDA，源操作数如：ADDA，R2；AA+R2，影响Cy、OV、AC、P例1：已知A=3BH，PSW=0，执行指令ADDA，#3BH后求：A=？Cy=？OV=？AC=？P=？PSW=？,01000001=41H,完成片内RAM和A中数据的加减乘除运算。,2020/5/8,34,10011010=9AH11100011=E3H+0101111101=7DH,2）带进位加法：ADDCA，源操作数如：ADDCA，R2；AA+R2+Cy，影响Cy、OV、AC、P,7DH1100,例：A=9AH，R2=E3H，PSW=0，执行指令ADDCA，R2后求：A=？Cy=？OV=？AC=？P=？PSW=？,10000100=84H,带进位加法指令ADDC用于多字节运算：,例：设双字节数X存在片内RAM41H、40H单元，Y存在42H、43H单元，编程求Z=X+Y，并存入片内RAM单元44H、45H、46H。,MOVA，40HADDA，42HMOV44H，AMOVA，41HADDCA，43HMOV45H，AMOVA，#00HADDCA，#00HMOV46H，ARET,；取被加数低字节；加上加数低字节；保存和的低字节；取被加数高字节；加上加数高字节；保存和的高字节；求高字节进位；子程序结束,；低字节相加；高字节相加；计算高字节进位；子程序结束,2020/5/8,36,十进制加法指令：仅对加法结果进行调整ADDA，源操作数DAA带进位十进制加1法指令：ADDCA，源操作数DAA,作业：BCD码加法编程。设X、Y为4位压缩BCD码，求Z=X+Y。,BCD调整指令：BCD：Binary-Coded-Decimal(二进制编码的十进制）DAA；把A中按二进制相加后的结果调整成按BCD数相加的结果调整原因：1、相加结果大于9，进入无效编码区；2、相加结果有进位，跳过无效编码区。调整方法：进行加“6”修正。,2020/5/8,37,2减法指令：,如：SUBBA，R2；AA-R2-Cy，；影响Cy、OV、AC、P,000000,习题：编程求双字节减法。设X、Y存在片内RAM60H起始单元，计算Z=X-Y。,例：A=5AH，R2=5AH，Cy=0，执行下列指令SUBBA，R2求：A=？Cy=？OV=？P=？AC=？,思考：有不带借位的减法指令吗？,01011010=5AH01011010=5AH-000000000=00H,SUBBA，源操作数；带借位减法指令,2020/5/8,38,3.增量、减量指令：,INC单操作数如：INCR2；R2R2+1DEC单操作数如：DECR2；R2R2-1INCDPTR；DPTRDPTR+1,注意：加1、减1指令不影响标志位状态。没有指令DECDPTR,2020/5/8,39,4.乘除指令：,MULAB；BAAB，Cy0，；当积高字节B=0，OV0；B0，则OV1,例：A=96(60H),B=192(C0H)，执行指令MULAB后，求：A=？B=？Cy=？OV=？P=？解：96192=18432(4800H),00H48H010,12H0CH000,例：A=156(F6H)，B=13(0DH)，执行指令DIVAB后求：A=？B=？Cy=？OV=？P=？解：15613=18(12H)，余数=12(0CH)。,思考题：如何实现多字节数据的乘除运算。,DIVAB；AB，A商，B余数，Cy0，；当除数B=0，OV1；B0，则OV0,2020/5/8,40,3.3.3逻辑运算指令,一、单操作数指令（累加器A为操作数）：1.A清0指令：CLRA；A02.A取反指令：CPLA；AA,3、循环移位指令：1）8位循环指令：RLA；A循环左移一位RRA；A循环右移一位,2）9位循环指令：RLCA；带Cy循环左移一位RRCA；带Cy循环右移一位,例：设A=11000101B，Cy=0，分别执行下列单条指令：CPLA求：A=？Cy=？RLA求：A=？Cy=？RLCA求：A=？Cy=？,001110100,100010110,100010101,CLRCMOVA，R5RLCAMOVR5，AMOVA，R6RLCAMOVR6，A,；Cy=0，设R6=55H，R5=AAH,；R6=01010101B，R5=10101010B，Cy=0,；R6=01010101B，R5=01010100B，Cy=1,；R6=10101011B，R5=01010100B，Cy=0,思考题：如何将寄存器R6R5中的双字节数X右移一位。,用9位循环指令实现多字节移位：例：编程将寄存器R6R5中的双字节数X左移一位。,2020/5/8,42,二、双操作数逻辑运算指令(对位逻辑运算)：ANL、ORL、XRL,习题1：如何将累加器A中的数据高4位清0，低位不变？习题2：如何将寄存器R2中的数据奇数位取反，偶数位不变？,例：A=01B，表示随机状态，为1或0，下述一组指令执行后，A的值如何?XRLA，#0C0H；将累加器A的内容D7、D6取反ORLA，#03H；将累加器A的内容D1、D0置1ANLA，#0E7H；将累加器A的内容D4、D3清0解：执行上述指令后，A=100011B。,2020/5/8,43,3.3.4布尔变量操作指令,一位传送:MOVC，bit；Cy(bit)MOVbit，C；(bit)Cy,例：将位地址20H的一位数传送到位地址30H中：MOVC，20HMOV30H，C,二位清0、置1、取反(CLR、SETB、CPL):CLRC；Cy0CLR40H；(位地址40H)0,对片内RAM中位寻址区操作。位累加器Cy和位地址bit。,2020/5/8,44,三逻辑运算(ANL、ORL)：,例：设Cy=1，(位地址40H)=1，执行指令ANLC，40H后，Cy=？，(位地址40H)=？,位地址表示法：位地址D4H，位寄存器RS1，字节加位PSW.4,0,习题：设累加器A中数据为29H=00101001B，Cy=0，执行指令ORLC，0E3H后，Cy=?,1,1,ANLC，40H；CC指针首地址MOVDPTR,#2003H;指针首地址MOVR1,#06H;字节个数LOOP:MOVA,R0;取数据MOVXDPTR,A;保存数据INCR0;指针加1INCDPTR;指针加1DJNZR1,LOOP;判断是否传送完SJMP$,2020/5/8,56,3.3.6子程序调用和返回指令,子程序调用和返回指令也使程序发生转移。,一、长调用指令:LCALLaddr16；PCPC+3,；SPSP+1，(SP)PC07；SPSP+1，(SP)PC815；PCaddr16addr16为子程序起始地址，编程时可用标号代替。指令机器码：12addr815addr07指令调用范围：64KB,子程序调用过程：,与转移指令不同：转移时，先用堆栈保存当前PC地址。,2020/5/8,57,三、绝对调用指令:ACALLaddr11；PCPC+2；SPSP+1，(SP)PC07，SPSP+1，(SP)PC815；PC100addr11PC1511不变addr11为子程序首地址指令机器码：addr11910001addr81指令调用范围2KB。,二、子程序返回指令:RET；PC158(SP)，SPSP-1，PC70(SP)，SPSP-1指令机器码：22HRET指令从堆栈弹出保存的PC地址，实现子程序返回。,20H92H,21H53H,SP,2000H,208FH,2092H,2100H,2150H,2153H,2200H,2250H,2251H,2153H,2092H,21FFH,2200H,SP,MAIN：MOVSP，#30H；设置栈底LCALLSUB；调用子程序SUB:；子程序段RET；返回主程序,例：子程序嵌套:,SP,SP,SP,SP,SP,2020/5/8,59,注意：,常用格式：MAIN：；主程序LCALLSUBR；调用SUBRSUBR：；子程序首地址RET；子程序返回,1、子程序起始指令要使用标号，用作子程序名。2、执行返回指令RET之前，保证栈顶内容为主程序返回地址，以便正确返回主程序。,2020/5/8,60,1、可以按口寻址，进行字节操作；如：MOVPm，A可以按口线寻址，进行位操作。如：MOVPm.n，C2、没有专门的输入/输出指令，均使用MOV传送指令来完成：输入：用MOV指令把各口线的引脚状态读入；输出：用MOV指令把输出数据写入各口线电路的锁存器。3、在进行引脚数据输入操作之前，必须先向电路中的锁存器写入“1”，使F