单片机并行接口扩展技术第三章文档

1、第三章 MCS-51单片机指令系统第三章 MCS-51单片机指令系统第一节 MCS-51单片机指令系统概述教学目的： 1、熟练掌握各种寻址方式。 2、了解指令格式。 3、熟悉单片机执行指令的过程。重点、难点： 1、寻址方式。 2、执行过程。复习旧课： 1、片内ROM。 2、片内RAM。 3、工作方式。引入新课：1、一台计算机所能执行的指令集合就是它的指令系统。对于 单片机用户必须直接使用指令编写程序，因此了解操作系 统十分重要。2、机器语言与汇编语言。 机器语言指令的二进制编码表示。 汇编语言指令的符号表示。 *机器语言：程序长、不易书写、难于阅读和调试、容易错且出错产易查找。 计算机只能识别

2、二进制数，因此用二进制编码的机器语言能直接执行。 *由以上缺点可知，使用符号指令是必要的，指令的符号助记符。 以助记符表示的指令汇编语言。 *以英文名、缩写形式作为助记符。3、操作系统由计算机生产厂商定义的，实际上，它就成了用 户必须遵循的标准。 *无通用性、无法直接移植。 *MCS-51单片机指令系统共有指令111条，分五大类： 1、数据传送。 2、算术运算。 3、逻辑运算及移位指令。 4、控制转移指令。 5、位操作指令。讲授新课： 一、指令格式：1、定义： 指令的表示方法称为指令格式，内容包括指令的长 度和指令的内部信息安排。2、组成：操作码操作数； 操作码规定指令进行何种操作； 操作数指

3、令操作的对象（具体数据或取得数据的 地址或符号。3、语句格式： 标号： 操作码 操作数1，操作数2 ，操作数3；注释其中，方括号内为可选项。各部分之间必须用界定符隔开，即标号要以冒号“：”结尾，操作码和操作数之间要有一个或多个空格，操作数和操作数之间用“，”分隔。注释开始之前要加“；”。 1、标号： 语句地址的标志符号，有了标号，程序中的其 它语句才能访问该语句，有关规定如下： 、由18个ASCII字符组成，但头一个字符必须 是字母，其余字符可以是字母，数字或其它特定字 符。 、不能使用本汇编语言已经定义了的符号作为标 号，如指令助记符，伪指令助记符以及寄存器的符 号名称。 、标号必须跟以冒号

4、。 、同一标号在一个程序中只能定义一次，不能重 复定义。 、一条语句可以有标号，也可无标号，取决于其 它语句是否需要访问这条语句。 举例： 错误 正确3BT：(以数字开头) LOOP1：BEGIN（无冒号）STNB：TA+5G：（“+”）T1349：ADD：（指令助记符）Q： 2、操作码： 规定语句执行的操作，不能空缺。 操作码指出了指令操作的性质，在汇编语言指令中用能够表示指令功能的英文缩写表示。例如，MOV_move的缩写，表示传送RL_rotate left的缩写,表示左循环ANL_and logic的缩写,表示与逻辑运算 3、操作数： 给指令操作提供数据或地址，可能空白，一项、两项、三

5、项、各操作数之间以逗号分隔。 4、注释： 不属于语句的功能部分，它只是对语句的解释说明，可使程序文件编制更加清楚，帮助程序人员阅读，以利于软件保护。 5、分界符： 在上述各部分之间、把它们分隔开以使区分：，；4、指令格式： 由于字长短，指令不定长，有一字节、二字节、三字 节不同长度指令。 1、一字节指令： 只有一个字节，操作码和操作数在同一字节中 *有些是因为指令功能明确，无需具体指定操作数。 INC DPTR、 10100011 *操作数在通用寄存器，可把寄存器编码与指令操作 码“挤”在一个字节中。 例如：MOV A， Rn 1110 1rrr 2、二字节指令： 第一字节操作码。 第二字节操

6、作数。 3、三字节指令：操作码操作码操作数操作码第一操作数第二操作数 操作码2个操作数。 二、寻址方式：（7种） “址”-操作数所在的单元地址 “寻址”-如何确定操作数单元地址。 寻址方式越多-寻址能力越强-指令系统越复杂 MCS-51 有七种寻址方式。1、立即寻址方式在立即寻址中，由指令直接给出参与实际操作的数据（即立即数）。用“#”开头表示立即数。2、寄存器寻址方式*操作数在寄存器中，指定了寄存器就能得到操作数。 MOV A，R0；A-(R0)*范围:32个通用寄存器 部分SFR,A,AB,DPTR 3、直接寻址方式*操作数直接以单元地址的形式给出. MOV A,3AH;*只限于内部RAM

7、*范围:低128单元 SFR4、寄存器间接寻址方式寄存器间接寻址时，指令操作数中指定的寄存器内容为操作数的地址，将该地址所对应的存储单元内容作为操作数。能够用于寄存器间接寻址的寄存器包括数据指针DPTR、堆栈指针SP、R0和R1。5、变址寻址方式变址寻址方式使用程序计数器PC或数据指针DPTR作为基址寄存器，累加器A为变址寄存器，将基址寄存器的内容与变址寄存器的内容之和作为操作数地址。操作数的有效地址可表示为：操作数有效地址=PC或DPTR的内容+A的内容变址寻址只能对程序存储器中的数据作寻址操作，通常用于查表操作中，使用指令符MOVC。6、相对寻址方式相对寻址以当前程序计数器PC的值（源地址

8、）为基址，与指令给出的偏移量rel（相对地址的机器码）相加形成下一条要执行指令的有效地址（又称为目的地址D）。相对寻址是用于寻找指令地址的寻址方式，仅用于相对转移指令中，指令中的偏移量为用补码表示的8位有符号数，取值为：-128+127，所以程序的转移范围为相对于PC当前值的-128+127个字节单元之间，在源程序中，相对地址一般用标号表示。7、位寻址方式位寻址是指对内部RAM中的位寻址区（20H2FH）和某些具有位寻址功能的特殊功能寄存器SFR进行位操作时的寻址方式。位操作指令可对位寻址区内的每个位进行逻辑运算、状态控制等操作。三、小结寻址方式寻址空间示例立即寻址程序存储器MOV A，#20

9、H直接寻址片内RAM，SFRMOV A，20H寄存器寻址工作寄存器R0R7，A，B，C，DPTRMOV A，R0寄存器间接寻址片内RAM低128个字节，片外RAMMOV A，ROMOV A,DPTR变址寻址程序存储器，数据存储器MOVC A,A+PC相对寻址程序存储器JNZ 30H位寻址片内RAM20H2FH，部分SFR的位地址区SETB 3AH第二节 MCS51单片机指令分类介绍教学目的： 1、熟练掌握各类指令。 2、指令存储格式。 3、熟悉指令的代码及执行时间。重点、难点：1、存储格式。2、助记符的记忆 3、代码及执行时间复习旧课： 1、语句格式。 2、寻址方式。讲授新课:3.2.1指令格

10、式中符号意义说明MCS-51的指令系统按功能可分为五类，有数据传送类28条，算术运算类24条，逻辑操作类25条，控制转移类17条，布尔位操作类17条。在具体描述这些指令时通常使用下面的符号，它们的意义如下：1#data表示八位立即数，#data16表示是十六位立即数。“#”表示后面的data是立即数。2direct表示片内RAM和特殊功能寄存器的8位直接地址。其中特殊功能寄存器还可直接使用名称符号来代替直接地址。3Rn(n=07)表示当前选中的工作寄存器组R0R7。选中工作寄存器组的地址由PSW中的RS1和RS0确定，分别为组0：00H07H，组1：08H0FH，组2：10H17H，组3：18

11、H1FH。4Ri（i=0，1）表示对寄存器R0或R1间接寻址。其中为寄存器间接寻址符。5DPTR表示以数据指针DPTR的内容为地址，对片外RAM进行间接寻址。其中的意义同上。6addr11表示11位目的地址。用于AJMP和ACALL指令中，使转向的目的地址与下一条指令首字节位于同一个2K字节的程序存储器地址空间。7addr16表示16位目的地址。用于LJMP和LCALL指令中，可使转向的目的地址为64K程序存储器地址空间的任意单元。8/bit表示对bit位先取反再参与运算，但不影响该位的原值。其中“/”表示取反，bit表示位地址。9rel表示补码形式的8位偏移量。用于相对转移指令中，地址偏移量

12、的范围为-128+127之间。在编写源程序时rel通常由标号代替，其具体值由汇编程序自动计算确定。10（）间接寻址时表示间接寄存器指出的地址单元的内容；直接寻址时表示直接地址中的内容。如（30H）表示直接地址30H存储单元的内容。11rrr表示在指令编码中rrr三位的值由当前工作寄存器Rn确定。R0R7对应的三位rrr值分别为000111。如当前工作寄存器为R0则指令编码中rrr的值应为000。3.2.2数据传送类指令组 数据传送类指令是MCS-51指令系统中最基本、也是包含指令最多的一类指令。用于实现寄存器、存储器之间的数据传送，即把“源操作数”中的数据传送到目的操作数，而源操作数不变，目的

13、操作数被传送后的源操作数所代替。该类指令中的源操作数可以是立即数、累加器A、工作寄存器Rn或片内RAM单元，目的操作数可以是累加器A、工作寄存器Rn或片内RAM存储单元，但要注意立即数不能作为目的操作数。一、片内RAM数据传送1、立即数传送MOV A，#dataMOV direct, #dataMOV Rn, #dataMOV Ri, #dataMOV DPTR, #data16 1001 0000B高八位低八位例如:MOV DPTR,#403AH90H40H3AH2、片内RAM之间数据传送指令MOV direct2,direct1MOV direct, RnMOV Rn, directMOV

14、 direct, RiMOV Ri, direct寻址方式3、累加器A数据传送指令MOV A, RnMOV Rn, AMOV A, directMOV direct, AMOV A, RiMOV Ri, A二、片外RAM数据传送指令组1、用DPTR间接寻址MOVX A,DPTRMOVX DPTR,A2、用Ri间接寻址MOVX A, RiMOVX Ri,A 说明:三、程序存储器数据传送指令组MOVC A,A+DPTRMOVC A,A+PC 64KB 后一指令, A为无符号数(0255),只能是当前指令下256个单元之内 举例:查ASCII码四、数据交换指令组1、整字节交换指令组XCH A, Rn

15、XCH A, RiXCH A,direct2、半字节交换指令(低4位)XCHD A, Ri3、累加器高低半字节交换SWAP A五、堆栈操作指令1、PUSH direct2、POP direct说明对前述指令的几点说明：1）访问片外数据存储器不能使用直接寻址。例如下列为非法指令：MOVX A，1000H 2）一条指令中不能同时出现两个工作寄存器。例如下列为非法指令：MOV R2，R3MOV R2，R03）间接寻址寄存器只能使用工作寄存器R0和R1。例下列为非法指令：MOV A，R24）SFR区只能直接寻址，不能使用寄存器间接寻址。下列为非法指令：MOV R0，#80HMOV A，R05）注意只有

16、指令表中的指令才有对应的指令代码，计算机才能执行。用户不能随意创造发明指令。3.2.3算术运算类指令组MCS-51的算术运算指令共有24条，主要完成片内 RAM 和累加器 A 中数据的加减乘除运算。包括对8位无符号二进制数的加、减、乘、除运算；增1、减1运算；对压缩BCD码的加减运算及对带符号二进制数进行补码运算。与数据传送指令不同，多数算术运算指令会影响程序状态字PSW的CY、AC、OV和奇偶标志位P。加1和减1指令不影响这些标志，除非操作数为A时，加1和减1指令才影响标志位P，乘法和除法指令影响标志位OV和P。一、加法指令（1）不带进位加法指令 指令功能：将累加器A中的值与源操作数指定的值

17、相加，运算结果存放到累加器A中。ADD A,#DATA ；AA+dataADD A,direct ；AA+（direct）ADD A,Rn ；AA+RnADD A,Ri ；AA+（Ri）例如，设A=AEH，R1=20H，（20H）=75H，PSW=0，执行指令ADD A，R1的操作如下：1010 1110 + 0111 0101 10010 0011执行结果：A=23H，CY=1，OV=1，AC=1，P=1 （2）带进位位加法指令 ADDC A，Rn ；AA+data+CYADDC A,direct ；AA+（direct）+CYADDC A,Ri ；AA+Rn+CYADDC A,#data

18、； AA+（Ri）+CY带进位加法指令通常用于多字节加法运算中. 由于MCS-51单片机是一种8位机，所以只能做8位的数学运算,为扩大数的运算范围,实际应用时通常将多个字节组合运算。例如两字节数据相加时先算低字节，再算高字节，低字节采用不带进位位的加法指令，高字节采用带进位位的加法指令。二、减法指令指令功能：从累加器A中减去源操作数指定的值及借位位CY的值，差值存放到累加器A中。SUBB A，Rn ；AA-data-CYSUBB A,direct ；AA-（direct）-CYSUBB A,Ri ；AA-Rn-CYSUBB A,#data ；AA-（Ri）-CY说明：系统没有提供不带借位的减法

19、指令，如果需要做不带借位位的减法，只要先用CLR C指令将CY清零即可。例如，设A=85H，R2=55H，CY=1，指令SUBB A，R2的执行情况如下：1000 0101 累加器A-0101 0101 R2- 1 CY0010 1111运算结果：A=2FH，CY=0，OV=0，AC=1，P=1。三、乘法指令MUL AB ；ABBA指令功能：将累加器A和寄存器B中的两个8位无符号数相乘，所得16位乘积的高字节放在B寄存器中，低字节存放在A中。当积高字节B0即乘积大于255（FFH）时，溢出标志位OV置1，当积高字节B=0时，OV为0。进位标志位CY总是为0，AC标志位保持不变。例如，设A=40

20、H，B=62H，执行指令MUL AB运算结果：B=18H，A=80H，乘积为1880H。CY=0，OV=1，P=1。四、除法指令DIV AB ；AAB的商，BAB的余数指令的功能：将A中的8位无符号数除以B中的8位无符号数（A/B），所得的商存放在A中，余数存放在B中。标志位CY和OV都为0，但如果在做除法前B中的值是00H，即除数为0，那么0V=1。例如，设=F2H，B=10H，执行指令DIV AB运算结果：商A=0FH，余数B=02H，CY=0，OV=0，P=0。五、加1指令 指令功能：将操作数指定单元的内容加1。INC A ；A（A）+1INC Rn ；Rn（Rn）+1INC direc

21、t ；direct（direct）+1INC Ri ；Ri（Ri）+1INC DPTR ；DPTR （DPTR）+1此组指令除INC A影响奇偶标志位外，其余指令不对PSW产生影响。若执行指令前操作数指定的单元内容为FFH，则加1后为00H。从运算结果可以看出INC A和ADD A，#1相同，但INC A是单字节，单周期指令，而且INC A除了影响奇偶标志位外，不会影响其它的PSW标志位；而ADD A，#1则是双字节，双周期指令，影响PSW标志位CY、OV、AC和P。所以从标志位状态和指令长度来看，这两条指令是不同的。六、减1指令 指令功能：将操作数指定单元的内容减1。DEC A ；A（A）-

22、1DEC Rn ；Rn（Rn）-1DEC direct ；direct（direct）-1DEC Ri ；Ri（Ri）-1此组指令除DEC A影响奇偶标志位外，其余指令不对PSW产生影响。若执行指令前操作数指定的单元内容为00H，则减1后为FFH。七、BCD码调整指令DA A ；十进制修正指令指令功能：对BCD码进行加法运算后，根据PSW标志位CY、AC的状态及A中的结果对累加器A的内容进行修正，使其转换成压缩的BCD码形式。该指令不能单独使用，只能在ADD和ADDC指令之后使用。例如，设A=29BCD，data=68BCD，执行指令ADD A，#dataDA A执行第一条指令，运算过程如下：

23、执行结果为：标志位AC=1，A=91，而正确结果为97，所以结果错误。执行第二条指令，运算过程如下：1001 0001 + 0000 0110 （符合修正规则，+6修正） 1001 0111执行结果为：A=97，可见调整后的结果才是正确的。3.2.4逻辑操作类指令组准备知识：（逻辑运算）与、或、非、异或或运算：10=1 01=1 00=0 11=1 与运算：10=0 01=0 00=0 11=1 异或： 0V0=0 0V1=1 1V0=1 1V1=0 1、逻辑与运算指令组： ANL A，Rn；A(A)(Rn) ANL A，direct ANL A，Ri ANL A，#data ANL dire

24、ct，A；direct（direct）（A） ANL direct，#data 例：对片内RAM、20H、21H单元内容进行与运算： 错误：ANL 20H、21H 正确：MOV A，20H ANL A，21H 或者：MOV A，20H ANL 21H，A2、逻辑或运算指令组： ORL A，Rn ORL A，direct ORL A，Ri ORL A，#data ORL direct，A ORL direct，#data *应用： 数据处理中，只改变字节数据中的某几位，而其余 位不变时，必须通过逻辑运算完成。（屏蔽） 例：将A的低四位传送到P1口的低四位，且P1口高4位不变。 MOV R0，A

25、ANL A，#0FH ；屏蔽A高4位 ANL P1，#0F0H；屏蔽P1口低4位 ORL P1，A； MOV A，R0 SJMP 3、逻辑或运算指令组： XRL A，Rn XRL A，direct XRL A，Ri XRL A，#data XRL direct，A XRL direct，#data 4、累加器清0、取反指令。 清0：CLR A；A00H 取反：CLR A；A（A） 例：求补码的应用（负值时）原数放在R0； MOV A，R0 CRL A， INC A MOV R0，A；尚不完善5、移位指令：D7 D0D7 D0D7 D0CYD7 D0CY 1）、循环左移：RL A 2）、循环右移

26、：RR A 3）、带进位循环左移：RLC A 4）、带进位循环右移：RRC A3.2.5控制转移类指令组一般地情况下，程序是顺序执行的，每取出一条指令，PC(PC)1。但在实际使用中总有许多分支，以出现不同的情况。 分支，就是人为地改变PC的内容，使程序转移到指定的入口地址执行。-循环、子程序，中断服务程序。一、无条件转移指令。 无论什么情况，只要碰到此类指令都要转移到指定的地址去执行。 1、长转移指令。 (1)、格式： LJMP addr16 (2)、存放格式：操作码地址高8位地址低8位 (3)、功能： 把16位地址(addr16)送PC，从而实现程序转移，范围64KB。 2、短转移指令：

27、(1)、格式SJMP rel (2)、存放格式：操作码转移量 (3)、功能： 用相对寻址方式，使程序转移。 PC(PC)+2+rel Rel：8位二进制补码、范围（80H7FH）。 3、绝对转移指令。 (1)、格式：AJMP、addr11A10A9A8 0001 A7A0 (2)、存放格式： (3)、功能： 构造程序转移目的地址、以addr11代替PC中低11位地址内容。 4、变址寻址转移指令。 (1)、格式：JMPADPTR；PC(A)(DPTR) (2)、目的地址：(A)(DPTR)；PC(A)(DPTR) 若DPTR不变，改变A的内容，就可实现多分支转 移。二、条件转移指令组。 条件转移

28、指程序转移是有条件的，条件满足则转移， 否则顺序执行。 1、累加器判断需转移指令： JZ rel；若(A)0，则PC(PC)2rel 若(A)0，则PC(PC)2 JNZ rel； 2、数值比较转移指令： CJNE A，#data，rel CJNE A，direct，rel CJNE Rn，data，rel CHNE Ri，#data，rel 功能说明： (1)、左操作数右操作数，不转移，CY0 (2)、左操作数右操作数，转移，CY0 (3)、左操作数右操作数，转移，CY1 3、CY状态转移指令： JC rel；(CY)1，转移 JNC rel；(CY)0，转移 4、位状态转移指令： JB bit，rel JNB bit，rel JBC bit，rel；位状态为1转移，且使位清0。 例P54温度控制系统。 5、减1条件转移指令： DJNZ Rn，rel 功能：Rn(Rn)1；若(Rn)0，转移； 若(Rn)0，顺序； DJNZ direct，rel；功能同上。 举例：成批数据传送。三、程序调用及返回指令。1、图解：子程序SUBRET主程序LCALL SUBLCALL SUB *调用和返回指令； 具有自动保护断点地址及恢复； 断点