MCS-51单片机的指令系统PPT课件

.,第二章MCS-51单片机的指令系统和时序,本章内容：指令的格式；指令的功能；指令在执行时所包含的操作；指令的长度、执行时间。,.,本章目录：,2.0震荡器、时钟电路和CPU的时序2.1指令系统概述2.2寻址方式2.3数据传送指令2.4算逻运算和移位指令2.5控制转移和位操作指令2.6位操作指令2.7汇编语言的构成及伪指令,.,MCS-51内部有一个高增益反相放大器.在单片机引脚的XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入和输出端.与作为反馈元件的晶体一起构成了一个自激震荡器。如果使用外部震荡器信号,其外来的信号加在XTAL1的引脚上。,XTAL1,XTAL2,XTAL2XTAL1,NC,外时钟,使用外时钟时的电路连接,3.1.1震荡器、与时钟电路:,20P,20P,.,3.1.2MCS-51单片机的时序,关于时序的基本概念：时序:CPU执行指令时所需控制信号的时间顺序。时序图中时间参数的描述：时钟周期；机器周期；指令周期。,返回,.,时钟周期T：时序中最小的时间单位，由外接晶体或外输入时钟来决定。其值为石英振荡器频率fosc的倒数。例如:在单片机外接12MH的晶体,则单片机的系统时钟的频率为12M,时钟周期为1/12s.,T,.,机器周期:完成特定功能所需要的时间。机器周期由12个时钟周期构成,为了描述方便将其分6个状态（S1-S6），每个状态又分为P1和P2两拍。既：S1P1,S1P2,S2P1,S2P2,S3P1,S3P2S6P1,S6P2一种描述时序图时间参数的定标方法,T,S2,S6,S5,S4,S3,机器周期,P1,S1,P2,.,指令周期:既执行一条指令所需要的时间，它是时序图中最大的时间单位。在MCS-51系统中,不同的指令它所包含的机器周期数不同.它们分别是:1,单机器周期指令；2,双机器周期指令；3,四机器周期指令。,.,假设：我们使用一个12M的晶体震荡器，那么一个机器周期为：1/12s121=1s；两个机器周期为：1/12s122=2s；四个机器周期为：1/12s124=4s。可见指令的运算速度与它所包含的机器周期数有关.机器周期数越少，执行的速度就越快。（MCS-51单片机的指令系统除了乘、除法指令为四个机器周期外,其余都是单周期和双周期指令）,.,指令的字节数：MCS-51单片机的指令系统有：单字节（占用1个ROM存储单元1个字节）；双字节（占用2个ROM存储单元2个字节）；三字节指令（占用3个ROM存储单元3个字节）。,返回,ROM,ROM,ROM,单字节指令,双字节指令,三字节指令,.,问题：,指令的字节数与指令执行的时间是什么关系？指令的字节数越多，其执行的时间就越长？指令的字节数越少，执行就越快？要回答此问题，只能从指令执行的时序中寻找答案,.,指令特点:在程序存储器ROM中仅占一个存储单元。在ALE第一次有效（S2P1）时，从ROM中读取指令的操作码，送入指令寄存器IR中并译码执行。在ALE第二次有效时，封锁PC加一，使第二次读数无效。,（一）单字节单周期指令的时序,机器周期,读操作码一,读操作无效,ALE,返回,S1,S2,S6,S5,S4,S3,.,【注意】：每一个机器周期出现两次ALE信号；ALE信号对应这从ROM中读指令。所以在一个机器周期中CPU可以完成两次取指操作；3.对于单字节单周期的指令,CPU通过译码后封死PC,取消第二次取指（实际上指令的后半部不做任何工作）。,.,指令特点:指令长度为两个字节，并存储在ROM相邻的两个单元中。要想完整的将这样的指令执行完,必须从ROM中读两次操作码。,OP2-2,OP2-1,n+1n,程序ROM,PC,（二）双字节单周期指令时序,返回,.,在ALE第一次有效时，CPU从ROM的n单元中取出指令的第一个字节OP2-1，并送入IR译码,通过译码CPU知道这是一条双字节指令，所以使PC加一，指向n+1单元；在ALE第二次有效时,从ROM的n+1单元取出指令的第二个字节OP2-2送入IR进行译码，并产生对应的操作，最后在S6P2时完成本条指令的运行。,S1,S2,S6,S5,S4,S3,机器周期,读操作码一,读操作码二,ALE,OP2-2,OP2-1,n+1n,程序ROM,PC,.,指令特点：单字节，却需要两个机器周期运行。如:INCDPTRDPTR为两个8位的寄存器,加一时,必须分两步完成.既第一步DPL加一,如果DPL加一有进位则还要进行第二步对DPH加一.参见教科书：502页附表。,（三）单字节双周期指令的时序,返回,.,在指令周期的第一个ALE时，将ROM中的操作码OP取出，经IR译码后得知为单字节双周期指令。所以一面执行该指令，同时封锁后面三次ALE有效时的PC+1，在第二个机器周期的S6P2时,完成操作。,S1,S2,S6,S5,S4,S3,机器周期1,读操作码,读无效,S1,S2,S6,S5,S4,S3,读无效,读无效,机器周期2,ALE,.,小结,在MCS-51的111条指令中,可以分为六种基本的时序:1,单字节单周期指令;4,双字节单周期指令;2,单字节双周期指令;5,双字节双周期指令;3,单字节四周期指令;6,三字节双周期指令.,返回,.,2.1MCS-51指令系统的概述,MCS-51共有111条指令，其长度（字节数）和执行时间（指令周期）各不相同。2.1.1指令格式2.1.2指令的三种表示形式2.1.3指令的字节数2.1.4指令的分类,继续,.,2.1.1指令格式：,指令格式：既指令的结构形式。,操作码,操作数或操作数地址,由操作码和操作数（或操作数地址）两部分构成。,举例：MOVA,#0FFHADDA,R0,返回,.,指令的表示形式是识别指令的标志。1，二进制的表示形式：（以“累加器的内容+08H”为例）00100100B操作码OP（加法）00001000B操作数DATA（08H）特点：直接存储在程序存储器ROM中、被CPU直接识别、运行的指令形式，也称机器码。缺点：不便于人工阅读、记忆和调试修改。,2.1.2指令的三种表示形式,.,2，十六进制表示方式：它是对二进制形式的一种简化。00100100B24H00001000B08H在实验室等少数环境下，可以将这种形式作为输入程序的一种辅助手段。但是，这种形式的指令格式必须由对应的监控程序把它们翻译成二进制的“机器码”后存入程序存储器并运行。,二进制表示的形式十六进制表示的形式,.,3，指令的“助记符”方式（“汇编格式”）：00100100B24H00001000B08HADDA，#08H一种由英文单词或字母、数字来表征指令功能的形式。便于阅读、书写和交流；这种“汇编”格式的指令必须把它“翻译”为二进制形式“机器码”后才能为CPU所识别和执行；编程者首先使用汇编格式书写“汇编语言源程序”，然后借助于汇编程序将其“编译”为二进制机器码并送入到单片机ROM单元中并由CPU执行。,二进制表示形式十六进制表示汇编格式,返回,.,2.1.3指令的字节数,在指令系统中，因寻址方式不同，指令在程序存储器ROM中所占字节数也各不相同。分为单字节、双字节和三字节。单字节指令（49条）：分无操作数、有操作数两种。无操作数：如INCDPTR10100011BINCA00000100B【特点】：操作数隐含在操作码中。含有操作数寄存器名称的单字节指令：如：MOVA，R011101000BMOVA，R111101001B【特点】：寄存器名以三位数代码的形式在指令的后三位。,.,双字节指令（46条）：分两种情况：指令中含有一个操作数.例如：汇编格式：MOVA,#data机器码：01110100Bdata或：78H、#data,n,n+1,mova,#data,双字节指令在程序存储器的存放示意图,8位的操作数,.,指令中含有一个8位的操作数的地址。汇编格式：MOVA，direct机器码：E5H、direct如：MOVA，20H；将RAM20H中的数据送A,n,n+1,mova,direct,8位的RAM地址,.,三字节指令（16条）：指令中的操作数为双字节。MOVDPTR，#data161001000B，data15-8，data7-0指令中分别包含1个字节的操作数和1个字节的操作数地址。MOVdirect,#data举例：MOV20H,#0FFH,MOVdptr,#data16,MOVdirect,#data,三字节指令在存储器中存放的方式示意图,.,指令的字节数与指令的运行时间,指令的字节多是否意味着指令周期就长？,从表中可见，指令的字节数与指令周期不是对等的关系,返回,.,2.1.4指令的分类,按照指令的功能，可将111条指令分为五大类1，数据传送类指令2，算术运算指令3，逻辑操作和循环移位指令4，控制转移类指令5，位操作指令,.,1,数据传送类指令：完成数据的传送。【特点】：有8位、16位两种传送指令；除了以累加器A为目标的传送对奇偶位PSW.P有影响外，其余的传送类指令对PSW无影响。,.,2,算术运算指令：用于操作数的加、减、乘除运算。【特点】：多数情况下：操作数之一在累加器A中，结果也保留在A中，运算结果要影响PSW（进位标志、奇偶和溢出标志等）。,.,3,逻辑操作和循环移位指令：操作数之间的逻辑加、与、取反和异或等操作。【特点】：多数情况下一个操作数在A中，结果也存于A。移位指令分为左移、右移和带进位和不带进位几种情况。逻辑类指令基本不影响PSW的内容。,.,4,控制转移类指令：无条件转移；条件转移；调用和返回。【特点】：通过修改程序指针PC的内容，使CPU发生转移，从而改变程序的流向。这也是唯一一种间接修改程序指针PC的指令。,.,5，位操作指令：位传送：类似于字节传送，对bit进行传送。位置位/复位：对某一位置一或清零。位运算：对某一位进行逻辑与、或、取反等。位控条件转移：对某一位的状态进行判断，满足条件转移。【特点】：按位操作。指令中所涉及到的地址皆为“位地址”。这类指令基本不影响PSW的内容。,继续,.,2.2寻址方式,在指令的操作数位置上，用于表征、寻找操作数的方法定义为“寻址方式”。正确的理解、掌握寻址方式，是学习、使用指令的关键。在MCS-51单片机中，共使用了七种寻址方式。,继续,.,1,寄存器寻址2,直接寻址3,立即数寻址4,寄存器间接寻址5,变址寻址；6,相对寻址；7,位寻址。,七种寻址方式,.,2.2.1寄存器寻址,指令中含有一个存有操作数的寄存器Rn（n=07）MOVA，Rn,返回,.,例如：MOVA,R7；将寄存器R7中的内容送累加器A中MOV20H,R0；将寄存器R0中的数据送内存20H单元【特点】：寄存器寻址方式的指令大多是单字节指令。寄存器的3位代码与操作码OP共同占用一个指令字节。以MOVA,R7为例，使用R7寄存器，所以rrr=111,既指令的机器码为：0EFH,11101rrr,操作码OP,寄存器代码111,E8HEFH,MOVA,R7,ROM的一个字节,.,2.2.2直接寻址,指令本身直接给出操作数在RAM中的地址。MOVA，direct其中：direct为8位的RAM地址如：MOVA，30H；将RAM30H单元数据送累加器A,.,如：MOVA，30H；将RAM30H单元内容送累加器这里30H是操作数在RAM中的地址。直接寻址的指令长度是两个或三个字节。,n,n+1,30H,累加器A,直接寻址示意图,.,使用直接寻址应注意的三个问题：,1,指令助记符中direct是用16进制数表示的操作数地址。当地址恰好在SFR区域时,指令也可以用寄存器名来表示。如：MOVA,80H可以写成MOVA,P0后者用SFR中寄存器的名字取代它的物理地址80H，它更容易阅读和交流，所以我们提倡使用SFR中寄存器名称来代替直接地址。如：MOVA,SBUF；串口数据缓冲器数据送AMOVIE,#00H；初始化中断允许寄存器MOVTH1,#0FEH；为定时器1赋初值应当注意：在编译时，汇编程序要先将寄存器名字转换为直接地址，然后再翻译成机器码。,.,2,当直接地址时在工作寄存器区中时，可以使用两种寻址方式来访问（参见57页）。如：MOVA,00H；将RAM中00H单元数据送累加器AMOVA,R0；将工作寄存器R0的内容送累加器A这里使用了不同的寻址方式，其指令的结构也不相同。前者是：11100101(0E5H)、00000000（00H）双字节。后者的机器码是：11101000(0E8H)单字节;在物理结构上，R0与RAM的00H单元恰好是同一单元，所以不同的指令而执行结果是一样的。类似的还有累加器A：INCA寄存器寻址方式（单字节）；INCACC直接寻址方式（双字节）；INC0E0H直接寻址方式（双字节）。,.,3,在指令系统中：字节地址与位地址是完全不同的概念。前者用direct表示，而后者用bit表示，但在指令中都是用16进制表示的数。如：MOVA,20H；将RAM的20H单元内容送AMOVC,20H；将位寻址区中的位地址为20H位内容送PSW中的Cy中。,.,片内RAM（20H-2FH）中的位寻址区结构图,2FH,20H,字节地址,返回,24H,位地址,返回前一次,.,2.2.3立即寻址,指令中直接含有所需要的操作数data。MOVA，#datadata称为8位或16位的“立即数”使用#作前缀。如：MOVA,#30H；将8位立即数送累加器AMOVDPTR,#2000H；16位立即数送DPTR寄存器,返回,.,【注意】：MOVA,#30HMOVA,30H两者的区别。立即数寻址的指令长度为2或3个字节。,n,n+1,ROM,累加器A,MOVA,#30H,ROM,DPTR,MOVDPTR,#2000H,指令执行流程,.,2.2.4寄存器间接寻址,指令中含有保存操作数地址的寄存器Ri（i=0、1）MOVA,RiCPU首先从Ri找到操作数地址，然后再从该地址中找到操作数x。,.,MOVR0，#30H；立即数送R0寄存器MOVA，R0；从RAM的30H单元取数送累加器A【注意】MOVA,R0和MOVA,R0指令的区别。,30H,R0,00H,累加器A,1,2,3,.,使用间接寻址时应注意的几个问题：,使用间址指令前，往往要事先为间址寄存器Ri赋初值；只能使用R0、R1作间址寄存器，即Ri（i=0、1）。,.,间址可访问片内RAM，也是访问片外RAM唯一的方式。对于片内RAM使用Ri寄存器，寻址范围00HFFH；MOVA，Ri访问内部RAM单元对片外RAM可以：使用Ri。寻址范围为00HFFH（256字节）；使用DPTR做间址寄存器。寻址范围为0000HFFFFH（64K）。MOVXA，Ri；访问外RAM单元，范围256字节MOVXA，DPTR；访问外RAM单元，范围64K字节【注意】:Ri、DPTR应事先装入地址。,.,间址方式不能访问SFR单元。如下面的程序是错误的：MOVR1,#80HMOVA,R1因为80H为SFR的物理地址对于SFR只能采用直接寻址的方式访问。,.,MCS-51片内、片外数据存储器示意图,特殊功能寄存器SFR,通用数据存储器,80H7FH,00H,FFH,片内数据存储器片外数据存储器256B个字节64KB个字节,片外数据存储器RAM64KB,0000H,FFFFH,注意：1,访问片内RAM20H存储单元；MOVA,20H2,访问片外RAM存储单元；MOVR0,#20HMOVXA,R03,尽管片内与片外的RAM单元的00H-FFH地址相重叠但由于指令的不同不会发生地址混乱。,返回,.,2.2.5变址寻址,指令使用DPTR或PC中的内容作为基地址，再与累加器A的内容相加，其和作为操作数地址。如：MOVCA,A+PC；PC内容为基地址与A的内容相加得操作数地址，并将此操作数送AMOVCA,A+DPTR；DPTR内容为基地址与A的内容相加得操作数地址并将此操作数送A这是访问程序存储器ROM中数据的唯一的寻址方式。,.,变址寻址方式用于查表操作，而数据表是建立在程序存储器ROM中。【举例】：已知ROM中的0300H-0309H为09的平方表，试编程，求A中数据的平方（设A=02H）。MOVDPTR,#0300H；指针DPTR赋表头地址MOVCA,A+DPTR；从0302H单元取数4送A这里，DPTR提供平方表的基地址，A的内容为偏移量。,.,变址寻址示意图,02H,0300H,ALU,0302H,累加器A,DPTR,0300H（DPTR）+02H（A）0302H,MOVCA,A+DPTR,返回,0300H,ROM,平方表,.,2.2.6相对寻址,转移指令使用的一种寻址方式。MCS-51单片机的指令系统中，有两类转移指令：相对转移（2个或3个字节）；绝对转移（3个字节）。在绝对转移指令中，指令直接给出转移的目标地址（2字节地址）如：LJMP0100H，（即0100HPC）；而相对转移指令中给出一个转移地址的偏移量rel。在执行中将当前PC值与偏移量rel（补码）相加，形成实际转移的目标地址。SJMPrel如：SJMP03H执行的操作是：PC+03HPC即用rel修改PC值实现转移。,.,03H,2002H,ALU,2005H,累加器A,PC,2002H+03H2005H,操作码,偏移量,例如：SJMP03H（机器码80H、03H）,2000H,2002H,当前PC值,LOOP,由于偏移量rel为带符号的8位补码，所以控制程序转移的范围为+127-128。,.,相对寻址使用中应注意的问题,与绝对寻址相比，相对寻址具有很好的“浮动性”，因此是编程人员普遍使用的一种寻址方式。使用时，要注意3点：CPU进行地址计算时，PC取值是执行本条转移指令后的地址值。以上面的例子说明：指令本身的首地址是2000H,执行完后变为2002H（因为本条转移指令长度为2）。即PC+2+relPC（PC=2005H）如果使用三字节的相对转移指令，则PC=PC+3+rel。,返回上一页,.,偏移量的计算：rel=目标地址-源地址-2（2字节相对转移指令）或：rel=目标地址-源地址-3（3字节相对转移指令）结果用补码的形式书写。为了减少计算量，汇编程序允许使用“符号地址”代替偏移量。如：SJMPloop1汇编程序在汇编时，自动计算rel,并将结果进行替换。如果转移地址超过相对寻址的范围（-127+128）时，在编译时系统会提示出错。这是编程者常见到问题。,.,绝对转移和相对转移的指令（部分）,绝对转移：LJMPaddr16如：LJMP2000H；三个字节（OP、addH、addrL）LCALL2100H；子程序长调用相对转移：SJMPrel；无条件短转移DJNZRn,rel；Rn-1Rn,Rn0则转JZrel；A=0则转（二字节）JNZrel；A0则转（二字节）CJNEA,#data,rel；Adata转（三字节）,返回,.,2.2.7位寻址,指令的形式同直接寻址相似，不同的是：指令中的地址是“位地址”（参见57页），而不是字节地址。MOVC，bit如：MOVC，20H；将为地址为20H中的内容送Cy中。类似的还有逻辑运算指令等。,.,作为嵌入式控制器，CPU更多的是处理“开关量”而不单纯是字节结构的数据。因此MCS-51在指令设计上刻意设计了大量的“布尔操作”即位操作，这为系统应用带来了很大的方便。,MCS-51单片机控制、检测系统,驱动器,电动机,外设1,外设2,状态信号,状态信号,控制信号,.,在MCS-51的硬件设计中，在片内RAM区中还专门开辟了一个“位寻址区”。布尔变量可以按位进行存储操作。除了RAM中的位寻址区外，大多SFR（地址能够被8整除的）都可以按位寻址，这对编程尤为重要。（参见59页）,.,【举例】：SETB90H;将P1口的D0位置一为了增加程序的可读性，凡在SFR中的位地址都可以使用符号来替代。如本例中，完全可以使用下面的指令格式：SETBP1.0;将P0口的的D0位置一又如：SETBEA（SETB0AFH）；开中断SETBTR0（SETB8CH）；启动定时器这种指令在编译时，是要先将符号地址进行转换的。,继续,.,2.3数据传送指令,2.3.0传送指令的特点2.3.1内部数据传送类指令2.3.2外部数据传送类指令2.3.3堆栈操作指令2.3.4数据交换指令,继续,.,数据传送是编程中使用最多、最主要的操作。传送分为：单片机内部各单元之间的内部数据传送；单片机内部与外部之间的外部数据传送。在指令中,必须指定被传送数据的源地址和目标地址。在传送过程中，源地址的内容不被改变（COPY）。传送类指令除了以累加器A为目标的传送对PSW的P有影响外，其余的传送类指令对PWS一概无影响。,2.3.0传送指令的特点,.,【举例】：MOVA,R0;将R0寄存器中的数据送累加器A中（注意寻址方式）,指令通式：MOV,返回,由右向左传送,.,2.3.1内部数据传送类指令,特点:指令的源操作数和目的操作数都在单片机内部。按照寻址方式进行分类：,1，立即寻址型传送指令,2，直接寻址型传送指令,3，寄存器寻址型传送指令,4，寄存器间址型传送指令,5，内部数据传送类指令的使用,继续,.,1，立即寻址型传送指令,【特点】：原操作数是立即数，处在指令的第二或第三字节，所以这类指令都是多字节指令，有如下4条。MOVA,#data;Adata（双字节指令）MOVRn,#data;Rndata（双字节指令）MOVRi,#data;（Ri）data（双字节指令）MOVdirect,#data;directdata（三字节指令）这类指令多用于程序的初始化。如：MOVR0，#20H；R0#20HMOVA，#00H；累加器A清零,.,立即寻址指令举例,已知：R0=20H,试问单片机执行如下指令后，累加器A、R7、20H和21H单元中的内容是什么。MOVA,#18H；立即数18H送累加器AMOVR7,#28H；立即数28H送寄存器R7MOVR0,#38H；立即数38H送内存20H单元MOV21H,#48H；立即数48H送内存21H单元,返回,.,2，直接寻址型传送指令,【特点】：指令中至少含有一个源操作数或目的操作数的地址。是2个或3个字节的指令格式，其中直接地址在第2或第3个字节上。这类指令有如下5条：MOVA,directMOVdirect,AMOVRn,directMOVRi,directMOVdirect2,direct1【注意】：direct为内部寄存器、RAM和SFR的地址，即direct适用于片内所有的地址（寄存器、SFR和RAM）。,.,直接寻址指令举例,MOVA,30H；内存RAM30h单元数据送AMOV50H,A；A中内容送RAM的50h单元MOVR6,31H；RAM的30h内容送R6寄存器MOVRi,30H；RAM30h内容送Ri指定的RAM单元MOVP1,32H；RAM32h内容送P1口（p1:符号地址）MOV90H,32H；（同上，试比较两种表示方法，一个指令两种写法）,返回,.,3，寄存器寻址型传送指令,指令中含有存放操作数的寄存器名Rn其中（n0，1,2,3,4,5,6,7)。共有如下三条：MOVA,RnMOVRn,AMOVdirect,Rn,返回,.,4，寄存器间接寻址型传送指令,指令特点：指令中Ri中存放的不是操作数本身，而是操作数在RAM中的地址（i=0、1）。格式如下：MOVA,RiMOVRi,AMOVdirect,Ri【注意】；Ri中存放操作数的地址是有所选择的，只有非SFR的RAM单元才能使用这种寻址方式。,.,寄存器间接寻址指令举例,已知(40h)=11h,(41h)=22h,R0=40h和R1=41h。试问：下面的指令执行后，累加器A、RAM的40h、41h和42h单元中的内容是什么。MOVA,R0；RAM40h单元内容11h送AMOVR1,A；A中的11h送RAM的41h单元MOV42H,R1；RAM的41h单元内容11h送RAM42h中,返回,.,5，内部数据传送类指令的使用,1，不能根据主观意愿去“创造”指令。例如：要将R0中的数据传送到R1中。如何使用指令去完成上面的操作？MOVR1,R0是否可以？回答是否定的！因为在MCS-51的指令系统中没有此条指令！只能使用：MOVA,R0或：MOV01h,00hMOVR1,A因此，必须从MCS-51的指令表中选择使用指令。,.,MCS-51内部数据传送类指令方式图,累加器A,direct直接寻址,Ri间址,Rn寄存器,Data立即数,返回上一次,.,2，以累加器A为目的寄存器的传送指令会影响PSW中的奇偶位P，而其余的指令对PSW均无影响。3，会正确地估计指令的字节。凡是包含有立即数、直接地址的指令，都应当在原有的基础上加1或2。【举例】：mova,Ri()个字节mova,direct()个字节movdirect,data()个字节movdirect2,direct1()个字节,.,4，对于同一问题可以有不同的编程方法。使用不同的方法虽然都可以实现题目的要求，但从指令长度、运行时间和可阅读性上等综合因素考虑，不同的方法就有合理和不合理、优化和繁杂之分。所以，在学习指令系统和编程时开始就要养成一个好的、合理的编程习惯。5，注意给程序进行正确的注释，这对于阅读、编写和修改程序都是非常重要的。下面就是一些注释的例子：MOVA,30H；（30h)AMOVA,R0；R0AMOV40H,30H；（30h)40hMOVA,Ri；（Ri)A,.,内部传送类指令举例,试编出把30h和40h单元内容进行交换。MOVA,30H；(30h)AMOV30H,40H；(40h)30hMOV40H,A；A40h,累加器A,30H,40H,返回,.,2.3.2外部数据传送类指令,1，16位数传送指令,2，外部ROM的字节传送,3，外部RAM的字节传送指令,继续,.,1，16位数传送指令,MCS-51指令系统中唯一的一条16位数据传送类指令。MOVDPTR,#data16DPTR是单片机内部SFR中的两个寄存器DPH、DPL组合而成。其中DPH为高八位，DPL为低八位。DPTR是一个专门用于访问外部存储器的间址寄存器。寻址能力为64K(065535)。,返回,.,2，从ROM中的字节传送指令,这类指令有两条，都属于变址寻址指令。MOVCA,A+DPTR；A(A+DPTR)MOVCA,A+PC；PCPC+1,A(A+PC)ROM单元地址由A和DPTR或PC内容相加获得。该指令称为“查表”指令。前者用DPTR作为基地址。使用前先将数据表的首地址送入DPTR中，累加器A的内容作为查表偏移量。两者相加得到表中数据地址并取出送A。后者是以程序计数器PC为基地址。由于PC的内容与该指令在ROM中的位置有关，并且PC的值是不能随便修改的，所以选择PC作基地址时，往往要通过累加器A进行“查表修正”。,.,举例：,已知累加器A中存有09范围内的数，试用查表指令编写出查找出该数平方的程序。1，采用DPTR作基址寄存器：设平方表的首地址为2000h，累加器A中的内容恰好是查表的偏移量。首先将表的起始地址2000h送入DPTR中。MOVDPTR,#2000H；指针赋值MOVCA,A+DPTR；查表得平方值送A,2000h,2009h,2008h,2007h,2006h,2005h,2004h,2003h,2002h,2001h,.,2，采用PC作基址寄存器：ORG1FFBH1FFBH74dataADDA,#data；data=02h1FFDH83HMOVCA,A+PC；PC=1FFE1FFEH80FEHSJMP$2000H00HDB0；平房表首址2001H01HDB12002H04HDB42003H09HDB92004H10HDB162005H19HDB25:2009H51HDB81ENDdata为MOVC指令首地址与表头地址之间的单元数。,2000h,2009h,2008h,2007h,2006h,2005h,2004h,2003h,2002h,2001h,1FFFh,1FFEh,1FFDh,1FFCh,1FFBh,通过A进行修正,.,使用MOVCA,A+PC指令的特点：程序与数据表在ROM中的位置是可以浮动的。只要MOVC指令与表之间的距离不变，则程序可以在ROM中的任意位置上“浮动”，程序具有可修改性；节省DPTR寄存器；与使用MOVCA,A+DPTR指令不同，使用前应当对A中的偏移量加以个“修正值”，修正值的大小为：MOVC指令与表头之间的字节数；,返回,.,设:单片机使用片外ROM,且要执行的是一条:movca,a+dptr指令.（设a+dptr=2000H）,/PSENP2口MCS-51P0口ALE,D7D0CP,/CSA15A864KROMA7A0D0D7,A15-A8(PC),A7-A0,OP,A7-A0,常数,/Psen,P2口,P0口,访问外部程序存储器ROM的时序:,S1,S2,S6,S5,S4,S3,ALE,A15-A8(DPTR+A),返回前一次,74LS373,P0口输出低8位地址,P2口输出高8位地址,.,1,在S2P1时刻，P2口输出外部ROM的高八位地址A15-A8，P0口输出低八位地址A7-A0，这时地址是由程序计数器PC提供的ROM中的指令地址；2,在ALE的下降沿，P0口的数据(低八位地址)被锁存到74LS373中。3,在S3P2到S4P1期间，/psen变低电平时，外部程序ROM被选中,ROM输出端的三态门被打开，被选中单元中的指令movca,a+dptr送到P0口上，且在S4P2时指令经P0口送至CPU的IR中。,返回上一页,返回,.,4，CPU对指令译码后，在S4P2时进行常数地址计算并由P0、P2口输出（P0口输出低8位地址00H；P2口输出地址高八位20H）。5，在S5P2时，ALE将常数地址的低八位00H锁存；6，在S6P1时，/psen=0,外部ROM被再次选中打开，按照单片机所提供的16位地址，将外部ROM中的常数经P0口在S6P2时刻送入累加器A。,.,A15-A8(PC),A7-A0,OP,A7-A0,常数,/Psen,P2口,P0口,S1,S2,S6,S5,S4,S3,ALE,A15-A8(DPTR+A),取外部ROM中的指令,执行指令（取常数）,MOVCA,A+DPTR指令执行的两个步骤,.,3,外部RAM的字节传送指令,实现外部RAM和累加器A之间的数据传送。只能使用寄存器间址的寻址方式。在MOVX指令模式下，单片机的P0、P2口做访问外部数据的地址和数据的总线。其中：P0口做低8位地址和数据的复用总线；P2口做高8位地址总线。MOVXA,Ri使用Ri寄存器间址寻址范围0255hMOVXRi,A在硬件电路中P2口不用。MOVXA,DPTR使用DPTR间址，寻址范围065535hMOVXDPTR,A在硬件电路中，使用P0口输出低8位，P2口输出高8位外部RAM地址。,.,外部RAM的字节传送指令举例,已知外部RAM的88H单元有一个数x，试编程将x送外部RAM的1818H单元。【解】：外部RAM中的数据是不能直接传送的，因此必须使用两次MOVX指令完成此操作。ORG2000HMOVR0，#88H；为8位指针赋值MOVDPTR，#1818H；为16位指针赋值MOVXA，R0；取x到累加器AMOVXDPTR，A；x送RAM的1818h单元SJMP$；停机END,返回,.,设外部RAM2000H单元中有一个数x,且DPTR中已存有该数地址2000H.则CPU执行外部ROM中的指令:MOVXA,DPTR;将外RAM的x送A,/WR/RDP2口MCS-51P1口ALE,D7D0/CP,/WR/RDA15A8A7A064KRAMD0D7,S1,S2,S6,S5,S4,S3,S1,S2,S6,S5,S4,S3,ALE,Psen,A15-A8(PC),A15-A8(DPH),A7-A0,指令,A7-A0,数据,RD,P2口,P0口,选中外部RAM,读外部数据存储器RAM的指令时序,返回前一次,.,1,在S2P2时,ALE的第一个下降沿将P0口输出的外程序ROM的低八位地址锁存到74LS373锁存器中；2,在S3P2的Psen为低电平时,选中外ROM,并根据单片机P0、P2口输出的16位地址选中movx指令(单字节),通过P0口送至单片机内部IR中译码.经译码后产生下列的一系列操作；,.,3,CPU将DPTR中的高8位(20H)送P2口输出,低八位(00H)经P0口输出,节在S5P1时ALE第二次下降沿时,将P0口的低八位地址锁存；4,在第二个机器周期的S1-S3中单片机输出/RD信号（低电平）,选中外部RAM,并根据单片机提供的2000H这16位地址中取出数据x.5,CPU在S2-S3期间,将外部RAM2000H单元送到P0口上的数据送入累加器A中.,上一页,.,上述过程可以分成两个指行的阶段:1,根据PC所指定的程序存储器的地址,将movx指令从片外ROM中取出;2,经译码后将DPTR提供的外数据存储器RAM中的数据地址取出数据,经P0口送累加器A.控制信号：在第一阶段CPU产生/Psen信号用来选通外部程序存储器ROM；在第二阶段CPU输出/RD信号(低电平),用来选通并读取外部数据存储器RAM的数据.【注意】：CPU在执行MOVX指令时的2个周期中的第2个机器周期缺少一个ALE波形。,.,访问外部存储器指令的特点：,使用MOVX或MOVC指令来访问外部存储器；此时，P0、P2作为地址和数据总线；执行MOVX指令访问RAM时，CPU产生/RD或/WR信号。因此，/RD、/WR应当与外RAM的读、写控制端连接；执行MOVC指令访问ROM时，CPU产生/psen信号来选通外ROM。因此，此信号应当与ROM的片选连接。,.,2.3.3堆栈操作指令,堆栈操作是一种特殊的保护数据的传送指令。堆栈：一个用来保存程序断点、数据的存储区域。在51单片机中，栈区可以使用片内RAM的任意位置，具体由指针SP来确定（系统上电时，SP=07h）。1，进栈操作：PUSHdirect；sp+1sp,(direct)(sp)2，出栈操作：POPdirect；(sp)(direct),sp-1sp,.,堆栈操作指令举例（一）,产生延时的子程序delay。org0800hdelay:pushpswpush00hpush01hmovr0,#00hLoop1:movr1,#00hLoop2:djnzr1,loop2djnzr0,loop1pop01hpop00h思考题：为什么R0、R1的poppsw内容要进栈？ret,SP,.,堆栈操作指令举例（二）,堆栈操作指令除了可以在子程序的设计中，对主程序的数据进行保护。还可以根据堆栈操作的特点完成一些特殊的操作。【举例】：设片内RAM的30h单元存有x，40h单元存有y。试将两个单元内容互换。push30h；x进栈push40h；y进栈pop30h；y送30H单元pop40h；x送40H单元,SP=07h,40h,30h,继续,.,PUSH、POP指令使用的寻址方式为直接寻址，所以pusha是错误的，应当是pushacc或push0e0h，同理：pushr0也是错误的，应当为：push00h。进栈操作是堆栈向上“生长”的过程，即sp+1；出栈则相反。系统上电时，SP=07h。SP的值可以根据需要进行修改，在确定SP值时要考虑对栈区对数据区的影响，以避免两者冲突。如：在程序的初始化时加一条：MOVSP，#60H即将堆栈的起始位置上移到RAM的60H单元。,使用PUSH、POP指令要注意事项,.,2.3.4数据交换指令,为提供一种方便的累加器和寄存器/RAM之间的数据交换。避免了使用mov指令交换时的不便。格式：XCHa,Rn；aRnXCHa,direct；a(direct)XCHa,Ri；a(Ri)XCHDa,Ri；a30(Ri)30低四位交换举例：将R1和R2的内容交换。MOVA,R1；取数据送AXCHA,R0；与R0交换MOVR1,A；送回到R1,.,数据交换指令举例（一）,举例：已知，片外RAM20h单元、内部RAM20h单元分别有数x和y，试编程互将两数相交换。movR1,#20h；指针赋初值movxa,R1；xaxcha,R1；交换a(20h),yamovxR1,a；y(20h)片外RAM,(y)x,20h,20h,累加器A,1,2,3,.,数据交换指令举例（二）,已知RAM50h单元有一个09范围内的数，试编程将它变成相应的ASCII码。【解】：09的ASCII码是30h39h，两者相差30h。方法一：对50h单元的数据高四位组装一个30h。movr0,#50h；指针赋值mova,#30h；30hAxchda,r0；A30(r0)30,在A中组成ASCII码movr0,a；A中的ASCII送回50h单元,50h,00110101,A=30h,交换后A=35h,1,2,继续,.,2.4算逻运算和移位指令,功能：完成算术运算、逻辑运算和循环移位三大功能。特点：大多指令都要由累加器A来存放一个源操作数，并把操作结果放回累加器A中。,2.4.1:算术运算指令,2.4.2:逻辑运算指令,2.4.3:移位指令,继续,.,2.4.1:算术运算指令,不带进位的加法指令（ADD）1，加法指令：带进位的加法指令（ADC）加1指令（INC）（编程举例）2，减法指令：带进位的减法指令（SUBB）减1指令（DEC）3，十进制调整指令：（DAA）4，乘法和除法指令：（MULDIV）,继续,.,加法指令（一）：不带进位的加法指令,格式：ADDA,Rn；A+RnAADDA,direct；A+(direct)AADDA,Ri；A+(Ri)AADDA,#data；A+dataA【注意】：1，参加运算的数据都应当是8位的，结果也是8位并影响PSW。2，根据编程者的需要，8位数据可以是无符号数（0255），也可以是有符号数（-127+128）。3，不论编程者使用的数据是有符号数还是无符号数，CPU都将它们视为有符号数（补码）进行运算并影响PSW。,.,不带进位的加法指令举例(一),试分析执行下列指令后累加器A和PSW中各标志的变化。MOVA,#19HCy=0;ADDA,#66HAC=0OV=CPCS=025A=00011001BP=1+102data=01100110B127001111111B1，若两数都是无符号数，则因Cy=0无溢出，25+102=127。2，若两个数是有符号数，则因OV=0无溢出。,cy,000CPCSAC,.,不带进位的加法指令举例(二),试分析执行下列指令后累加器A和PSW中各标志的变化。MOVA,#5AHCy=0;ADDA,#6BHAC=0;OV=CPCS=190A=01011010BP=0+107data=01101011B197011000101BCPCSAC1，若两数是无符号数，因Cy=0无溢出：90+107=1972，若两数是有符号数，因OV=1，故有溢出，两个正数相加后变为负数，很明显结果是不正确的。,.,加法指令（二）：带进位的加法指令,格式：ADDCA,Rn；A+Rn+CyAADDCA,direct；A+(direct)+CyAADDCA,Ri；A+(Ri)+CyAADDCA,#data；A+data+CyA【注意】：这里的Cy是指令执行前的Cy；对PSW的影响同ADD指令。,.,加1指令（修改指针专用）,格式：INCA；累加器A加一INCRn；Rn+1RnINCdirect；内存单元数据加一INCRi；内存单元数据加一INCDPTR；dptr+1dptr【注意】：1，除了第一条对PSW的P有影响外,其余对PSW均无影响。2，由于上面的原因，INC指令不能作为一般的数据算术运算使用（为什么？），而常用于修改数据指针等控制、循环语句中使用。,返回本节目录,.,编程举例,已知M1、M2单元中存有两个16位无符号数X1、X2（低位在前）。试写出X1+X2,并将结果放入M1、M1+1单元（低8位在M1单元）。设两数之和不会超过16位（65535）。,M1,M1+1,M2,M2+1,返回本节目录,.,【解】：MOVR0，#M1；x1指针赋初值MOVR1，#M2；x2指针赋初值MOVA，R0；取x1低8位送AADDA，R1；x1与x2低8位相加（影响Cy位）MOVR0，a；低8位和送m1单元INCR0INCR1；修改指针MOVA，R0；取x1的高8位送AADDCA，R1；x1与x2的高8位和Cy相加MOVR0，A；结果送M1+1单元,.,减法指令（带进位的减法指令）,在MCS-51单片机的指令系统中，只有：带进位的减法SUBB减一DEC两种指令。1减法指令：格式：SUBBA,Rn；ARnCyASUBBA,direct；A(direct)CyASUBBA,Ri；A(Ri)CyASUBBA,#data；AdataCyA,.,使用减法指令要注意的几个问题,1，在单片机内部，减法指令实际上是采用补码的加法实现的。但要判定减法结果编程者可以按二进制减法法则验证。2,无论相减两数是无符号数还是有符号数，减法操作总是按有符号数来处理、影响PSW中相关的标志（详见举例）。3，在MCS-51的指令系统中没有不带Cy的减法，所以在使用SUBB指令前必须使用一条清除Cy的指令：CLRC。,.,减法指令应用举例,试分析执行下列指令后累加器A和PSW中各标志的变化。CLRCMOVA,#52H01010010B=82SUBBA,#0B4H10110100B=-7682a=01010010-76data=10110100158110011110=-62H=-98手工计算CPCSAC101【分析】：CPU的计算得-98，很明显答案是错误的。原因是OV=1，既产生了溢出。所以，对于符号数的减法在运算后一定要检测OV=1？,返回本节目录,.,减一指令（修改指针专用）,格式：D