汽车电子技术与单片机系统程序设计

第三章MCS-51单片机系统程序设计第一节MCS-51指令系统概述第二节MCS-51单片机指令详解第三节MCS-51单片机系统程序设计实例第一节MCS-51指令系统概述一、概述MCS-51指令系统是一种简明易掌握、效率较高的指令系统。MCS-51的基本指令共111条，其中单字节指令49条，双字节指令45条，三字节指令17条。从指令的执行时间来看，单机器周期指令64条，双机器周期指令45条，只有乘、除两条指令的执行时间为4个机器周期。指令的表示方法称之为指令格式，其内容包括指令的长度和指令内部信息的安排等。一条指令通常由两部分组成，即操作码和操作数。下一页返回第一节MCS-51指令系统概述通常在MCS-51指令系统中，有一字节、二字节和三字节等不同长度的指令。一字节指令只有一个字节，操作码和操作数信息同在其中。二字节指令包括两个字节，其中一个字节为操作码，第二个字节是操作数。三字节指令中，操作码占一个字节，操作数占两个字节，其中操作数既可能是数据，也可能是地址。二、寻址方式MCS-51共有5种寻址方式，现介绍如下：上一页下一页返回第一节MCS-51指令系统概述1.立即寻址操作数就写在指令中，和操作码一起放在程序存储器中。把“#”号放在立即数前面，以表示该寻址方式为立即寻址，如#20H。2.寄存器寻址操作数放在寄存中，在指令中直接以寄存器的名字来表示操作数的地址。例如MOVA,R0就属于寄存器寻址，即将RO寄存器的内容送到累加器A中。3.直接寻址操作数放在单片机的内部RAM某单元中，在指令中直接写出该单元的地址。如前例的ADDA,70H中的70H。上一页下一页返回第一节MCS-51指令系统概述4.寄存器间接寻址寄存器间接寻址方式可用于访问内部RAM或外部数据存储器。访问内部RAM或外部数据存储器的低256个字节时，可采用R0或R1作为间接寄存器。这类指令为单字节指令，其最低位是表示采用R0还是R1作为间接寄存器。这种寻址方式的示意图如图3-1所示。访问外部数据存储器的低256字节时，只要把MOV改为MOVX就行了。访问外部数据存储器，还可用数据指针DPTR作为间址寄存器，DPTR是16位寄存器，故它可对整个外部数据存储器空间（64K）寻址。在执行PUSH和POP指令时，也采用寄存器间接寻址，这是堆栈指针SP用作间接寄存器。上一页下一页返回第一节MCS-51指令系统概述5.基址寄存器加变址寄存器间接寻址这种寻址方式用于访问程序寄存器的一个单元，该单元的地址是基址寄存器（DPTR或PC）的内容与变地址寄存器A的内容之和。这种寻址方式对查表访问特别有用。寻址方式的示意图如图3-2所示。三、指令执行过程和指令符号意义单片机执行程序的过程，实际上就是执行我们所编制程序的过程，即执行逐条指令的过程。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。上一页下一页返回第一节MCS-51指令系统概述取指令的任务是：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是：将指令寄存器中的指令操作码读出后进行译码，分析其指令性质，如指令要求操作数，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指令地重复上述操作过程，直至遇到停机指令或循环等到指令。一般计算机进行工作时，首先要通过外部设备把程序和数据通过输入接口电路和数据总线送入到存储器，然后逐条取出执行。但单片机中的程序一般事先都已通过写入器固化在片内或片外程序存储器中，因而一开机即可执行指令。上一页下一页返回第一节MCS-51指令系统概述指令中操作数的描述符号：Rn——工作寄存器R0~R7Ri——间接寻址寄存器R0、R1Direct——直接地址，包括内部128BRAM单元地址、26个SFR地址。#data——8位常数#data16——16位常数addr16——16位目的地址addr11——11位目的地址rel——8位带符号的偏移地址DPTR——16位外部数据指针寄存器上一页下一页返回第一节MCS-51指令系统概述bit——可直接位寻址的位A——累加器AB——寄存器BC——进、借位标志位，或位累加器@——间接寄存器或基址寄存器的前缀/——指定位求反（x）——x中的内容（（x））——x中的地址中的内容——当前指令存放的地址上一页返回第二节MCS-51单片机指令详解一、数据传输指令1.累加器相关的数据传输指令以下指令的功能是把源操作数的内容送入累加器A，源操作数有寄存器寻址、直接寻址、间接寻址和立即寻址等方式。2.内部RAM单元之间的数据传输指令下一页返回第二二节节MCS-51单单片片机机指指令令详详解解内部部RAM单单元元之之间间的的数数据据传传输输可可以以使使用用直直接接寻寻址址、、寄寄存存器器寻寻址址以以及及寄寄存存器器间间接接寻寻址址方方式式。。3.外外部部存存储储器器数数据据传传输输指指令令外部部RAM传传输输指指令令通通常常使使用用间间接接寻寻址址的的方方式式，，主主要要可可以以分分为为以以Ri进进行行间间接接寻寻址址和和使使用用16位位的的DPTR进进行行的的间间接接寻寻址址。。针针对对外外部部RAM的的操操作作只只能能通通过过累累加加器器A来来完完成成，，MCS-51系系统统中中没没有有专专门门的的存存储储器器读读写写指指令令，，实实际际上上这这些些传传输输指指令令就就是是读读写写指指令令，，为为了了区区分分是是外外部部寄寄存存器器，，特特别别是是指指令令助助记记符符上上增增加加了了““X””代代表表外外部部之之意意。。具具体体的的指指令令如如下下：：上一一页页下一一页页返回回第二二节节MCS-51单单片片机机指指令令详详解解采用用Ri的的指指令令有有：：采用用DPTR的的指指令令有有：：上一一页页下一一页页返回回第二二节节MCS-51单单片片机机指指令令详详解解4.数数据据交交换换指指令令数据据交交换换主主要要是是在在内内部部RAM单单元元与与累累加加器器A之之间间进进行行，，有有整整字字节节交交换换、、半半字字节节交交换换和和累累加加器器高高低低半半字字节节交交换换指指令令。。源源操操作作数数有有寄寄存存器器寻寻址址、、直直接接寻寻址址和和寄寄存存器器间间接接寻寻址址等等方方式式，，例例如如：：上一一页页下一一页页返回回第二二节节MCS-51单单片片机机指指令令详详解解5.堆堆栈栈指指令令在MCS-51内内部部RAM中中可可以以设设定定一一个个后后进进先先出出LIFO的的区区域域作作为为一一个个堆堆栈栈。。在在特特殊殊功功能能寄寄存存器器中中有有一一个个堆堆栈栈指指针针SP，，它它指指出出栈栈顶顶的的位位置置，，在在指指令令系系统统中中有有两两条条用用于于数数据据操操作作的的栈栈操操作作指指令令。。首首先先是是入入栈栈指指令令，，这这条条指指令令的的功功能能是是首首先先将将栈栈指指针针SP加加1，，然然后后把把直直接接地地址址指指出出的的内内容容送送到到栈栈指指针针SP指指示示的的内内部部RAM单单元元中中。。还还有有对对应应的的出出栈栈指指令令，，出出栈栈指指令令是是将将当当前前堆堆栈栈指指针针寄寄存存器器SP所所指指示示的的单单元元的的内内容容传传送送到到该该指指令令指指定定的的直直接接寻寻址址单单元元中中去去，，然然后后SP中中的的内内容容减减1.堆堆栈栈操操作作实实际际上上是是通通过过堆堆栈栈指指示示器器SP进进行行的的读读写写操操作作，，是是以以SP为为间间址址寄寄存存器器的的间间接接寻寻址址方方式式。。因因为为SP是是唯唯一一的的，，所所以以在在指指令令中中把把通通过过SP的的间间接接寻寻址址的的操操作作数数项项隐隐含含了了，，只只表表示示出出直直接接寻寻址址的的操操作作数数项项。。上一页页下一页页返回第二节节MCS-51单单片机机指令令详解解二、算算术运运算指指令1.加加法指指令在加法法指令令中，，又分分位普普通加加法和和带进进位的的加法法。这这组加加法指指令的的功能能是把把所指指出的的字节节变量量与累累加器器A的的内容容相加加，其其结果果放在在累加加器A中。。如果果位7有进进位输输出，，则置置“1”进进位标标志Cy，，否则则对Cy清清“0”，，如果果位3有进进位输输出，，置““1””辅助助进位位标志志Ac，否否则对对Ac清““0””；如如果位位6有有进位位输出出而位位7没没有进进位，，或者者位7有进进位输输出而而位6没有有进位位，则则置““1””溢出出标志志OV，否否则对对OV清““0””。源源操作作数有有寄存存器寻寻址、、直接接寻址址、寄寄存器器间接接寻址址和立立即寻寻址等等方式式。带进位位的加加法，，除了了与上上述的的运算算相似似外，，还增增加了了进位位标制制Cy参加加运算算；上一页页下一页页返回第二节节MCS-51单单片机机指令令详解解上一页页下一页页返回第二节节MCS-51单单片机机指令令详解解2.减减法指指令通常的的减法法运算算都带带有借借位，，这与与带进进位的的加法法十分分类似似：上一页页下一页页返回第二节节MCS-51单单片机机指令令详解解3.增增1减减1指指令这些指指令可可以实实现对对相应应的操操作数数的增增1和和减1操作作，这这种操操作不不会影影响PSW的状状态，，具体体指令令如下下：以上为为自增增1运运算，，只需需将INC更改改为DEC，则则可以以实现现减1运算算，但但增1运算算中还还有INCDPTR，，实现现DPTR增1，而而减1中却却没有有这条条指令令。上一页页下一页页返回第二节节MCS-51单单片机机指令令详解解4.乘乘除指指令MULABDIVABMUL为乘乘法指指令，，其功功能是是把累累加器器A和和寄存存器B中的的无符符号8位整整数相相乘，，其16位位积得得低位位字节节在累累加器器A中中，高高位字字节在在B中中。如如果积积大于于255，，则置置位溢溢出标标志位位OV，否否则对对OV清““0””。进进位标标志位位总是是清““0””。DIV为除除法指指令，，该指指令的的功能能是把把累加加器A中8位无无符号号整数数除以以B中中的8位无无符号号整数数，所所得的的商（（为整整数））存放放在累累加器器A中中，余余数在在寄存存器B中，，清““0””Cy和溢溢出标标志位位OV。如如果B得内内容为为“0”（（除数数为““0””），，则结结果A，B中的的内容容不定定，并并置位位溢出出标志志位OV。。上一页页下一页页返回第二节节MCS-51单单片机机指令令详解解5.十十进制制调整整指令令DAA这条指指令对对累加加器A由前前两个个变量量（压压缩的的BCD码码）相相加的的结果果进行行十进进制调调整使使A中中的结结果为为二进进制码码数。。三、逻逻辑运运算指指令逻辑运运算指指令包包括与与、或或、异异或、、循环环、累累加器器清零零与求求反指指令。。这些些指令令中的的操作作数都都是8位，，它们们在执执行时时，不不影响响标志志位。。上一页页下一页页返回第二节节MCS-51单单片机机指令令详解解1.与与（AND）逻逻辑运运算指指令逻辑运运算都都是按按位进进行的的，逻逻辑与与运算算用符符号∧表示示。以以上这这几条条指令令运算算结果果存放放在A中，，下面面这两两条指指令的的运算算结果果则存存放在在直接接地址址的地地址单单元中中：上一页页下一页页返回第二节节MCS-51单单片机机指令令详解解2.或或（OR））逻辑辑运算算指令令逻辑或或运算算用符符号∨∨表示示。以以上几几条指指令运运算结结果存存放在在A中中，下下面这这两条条指令令的运运算结结果则则存放放在直直接寻寻址的的地址址单元元中:上一页页下一页页返回第二节节MCS-51单单片机机指令令详解解3.异异或逻逻辑运运算指指令逻辑异异或运运算的的规则则是，，两运运算数数相同同时为为假（（0）），两两运算算数相相异时时为真真（1），，这种种运算算用符符号表表示示。以以上这这几条条指令令运算算结果果存放放在A中，，下面面这两两条指指令的的运算算结果果则存存放在在直接接地址址的地地址单单元中中：上一页页下一页页返回第二节节MCS-51单单片机机指令令详解解4.累累加器器清零零和求求反指指令四、控控制转转移指指令控制转转移指指令包包括无无条件件转移移指令令、条条件转转移指指定、、比较较转移移指令令、循循环转转移指指令及及调用用与返返回指指令。。1.无无条件件转移移指令令这里又又分为为长转转移、、短转转移、、绝对对转移移和变变址寻寻址转转移4种方方式。。长转转移指指令执执行时时可以以把指指令的的第二二和第第三字字节分分别装装入PC的的高位位和低低位字字节中中，无无条件件地转转向指指定地地址。。转移移的目目标地地址可可以在在64K程程序存存储器器地址址空间间的任任何地地方。。指令令格式式如下下：上一页页下一页页返回第二节节MCS-51单单片机机指令令详解解对于短短转移移指令令，在在执行行时在在PC加2之后后，把把指令令的有有符号号的偏偏移量量rel加加到PC上上，并并计算算出转转向地地址。。因此此转向向的目目标地地址可可以在在这条条指令令前128字节节到后后127字字节之之间。。指令令格式式如下下：绝对转转移指指令是是2KB范范围内内的无无条件件跳转转指令令。AJMP把把MCS-51的64K程序序存储储器空空间划划分为为32个区区，每每个区区为2K字字节，，转移移目标标地址址必须须与AJMP下下一条条指令令的第第一个个字节节在同同一2KB范围围内，，否则则，将将引起起混乱乱，如如果AJMP正正好落落在区区底的的两个个单元元内，，程序序就转转移到到下一一个区区中去去了，，这时时不会会出现现问题题。上一页下一页返回第二节MCS-51单片机机指令详详解执行该指指令时，，先将PC加2，然后后把addr11送入入PC的的低11位，PC高位位不变，，程序转转移到指指定的地地方。指指令格式式如下：：变址寻址址转移指指令的功功能是把把累加器器中8位位元符号号数与数数据指针针DPTR的16位数数相加，，结果作作为下条条指令地地址送入入PC，，不改变变累加器器和数据据指针DPTR内容，，也不影影响标志志。指令令格式如如下：上一页下一页返回第二节MCS-51单片机机指令详详解2.条件件转移指指令条件转移移指令又又可以分分为判零零转移、、数值比比较转移移和减1转移三三种。判判零转移移是有条条件的相相对转移移指令，，指令如如下：上一页下一页返回第二节MCS-51单片机机指令详详解数值比较较转移指指令的功功能是比比较前面面两个操操作数的的大小，，如果他他们的值值不相等等则转移移，在PC加到到下一条条指令的的起始地地址后，，通过把把指令最最后一个个字节的的有符号号的相对对偏移量量加到PC上，，并计算算出转向向地址。。如果第第一操作作数（无无符号数数）小于于第二操操作数（（无符号号整数）），则置置进位标标志位Cy，否否则对Cy清““0”,不影响响任何一一个操作作数的内内容。指指令格式式如下：：上一页下一页返回第二节MCS-51单片机机指令详详解这组指令令将源操操作数(Rn，，direct)减1，结果果回送到到源操作作数寄存存器或存存储器中中去。如如果结果果不为0则转移移。源操操作数有有寄存器器寻址和和直接寻寻址。允允许程序序员把内内部RAM单元元用作程程序循环环计数器器。指令令格式如如下：DJNZRn，relDJNZdirect,rel3.子程程序调用用和返回回指令子程序结结构是一一种重要要的程序序结构。。在一个个程序中中经常遇遇到反复复多次执执行程序序段的情情况，如如果重复复书写这这个程序序段，会会使程序序变得冗冗长而杂杂乱，因因而采用用了功能能较为重重复的子子程序。。上一页下一页返回第二节MCS-51单片机机指令详详解调用和返返回构成成了子程程序调用用的完整整过程。。为了实实现这一一过程，，必须有有子程序序调用指指令和返返回指令令。返回回指令则则应该是是子程序序的最后后一条指指令。执执行完这这条指令令之后，，程序返返回主程程序断点点处继续续执行。。上一页下一页返回第二节MCS-51单片机机指令详详解还有子程程序返回回指令RET和和RETI，分分别放置置了在子子程序和和中断服服务程序序的最后后。4、空操操作指令令这条语句句什么也也不做，，消耗一一个机器器周期的的时间，，通常用用于程序序的延时时。上一页下一页返回第二节MCS-51单片机机指令详详解五、位操操作指令令1.数据据位传送送指令这组指令令的功能能是把由由源操作作数指出出的位变变量送到到目的操操作数指指定的单单元中去去。其中中一个操操作数必必须为进进位标志志，另一一个可以以是任何何直接寻寻址位。。不影响响其他寄寄存器或或标志。。指令格格式如下下：上一页下一页返回第二节MCS-51单片机机指令详详解2.修改改变量指指令这组指令令将操作作数指出出的位清清“0””、取反反、置““1”，，不影响响其他标标志。上一页下一页返回第二节MCS-51单片机机指令详详解3.位变变量的逻逻辑运算算实际上位位运算全全部是逻逻辑运算算，共有有与、或或、非三三种指令令。这里里仅以与与运算为为例来说说明，或或运算符符位ORL，非非运算已已在上文文中替代代。上一页下一页返回第二节MCS-51单片机机指令详详解4.条件件转移类类指令与前文介介绍的条条件转移移指令类类似，位位运算也也可以进进行条件件转移。。上一页返回第三节MCS-51单片机机系统程程序设计计实例一、汇编编语言程程序的基基本结构构各种计算算机的汇汇编语言言的语法法规则基基本相同同，且具具有相同同的语句句格式。。先以MCS-51汇汇编语言言作具体体说明。。MCS-51汇编语语言的语语句格式式表示如如下：下一页返回第三节MCS-51单片机机系统程程序设计计实例其中，方方括号括括起来的的是可选选部分，，可有可可无，视视需要而而定。标标号是指指令的符符号的地地址，有有了标号号，程序序中的其其他语句句才能访访问该语语句。标标号的规规则：标标号由1~8个个ASCII字字符组成成，但头头一个字字符必须须是字母母，其余余可以是是字母，，数字或或其他特特定字符符。不能能使用本本汇编语语言已定定义了符符号作为为符号，，如指令令助记符符、伪指指令助记记符以及及寄存器器的符号号名称。。标号后后必须跟跟以冒号号（：））同一标标号在一一个程序序中只能能定义一一次，不不能重复复定义。。上一页下一页返回第三节MCS-51单片机机系统程程序设计计实例一条语句句可以有有标号，，也可以以没有标标号，标标号的有有无取决决于本程程序中的的其他语语句是否否需要访访问这条条语句操操作码用用于规定定语句执执行的操操作内容容。操作作码是以以指令助助记符或或伪指令令助记符符表示的的，操作作码是汇汇编指令令格式中中唯一不不能空缺缺的部分分。操作作数用于于给指令令和操作作提示数数据或地地址。注注释不属属于语句句的功能能部分，，它只是是对语句句的解释释说明。。分界符符用于把把语句格格式中的的各部分分隔开，，以便于于汇编语语言程序序区分，，包括空空格，冒冒号，分分号或逗逗号等多多种符号号，在MCS-51中中，冒号号（：））用于标标号之后后；空格格（）用用于操作作码和操操作数之之间；逗逗号（，，）用于于操作数数之间；；分号（（；）用用于注释释之前。。上一页下一页返回第三节MCS-51单片机机系统程程序设计计实例汇编语言言程序的的结构形形式主要要分为三三种：顺顺序结构构，分支支结构和和循环结结构。顺顺序结构构是最简简单的程程序结构构，在顺顺序结构构中既无无分支，，循环，，也不调调用子程程序，程程序执行行时一条条一条地地按顺序序执行指指令。分分支结构构使用条条件转移移指令实实现，即即根据条条件对程程序的执执行进行行判断，，满足条条件则进进行程序序转移，，否则程程序顺序序执行。。循环结结构则在在程序的的某个区区段进行行反复的的运行，，直到满满足某种种条件结结束，而而有的程程序则完完全不能能跳出的的死循环环，将会会无休止止地运行行下去。。上一页下一页返回第三节MCS-51单片机机系统程程序设计计实例二、简单单程序设设计简单程序序设计指指的就是是按照顺顺序来执执行程序序，程序序中可以以包含某某种算法法。[实例]求解多多项式y=2a-b。。假设操作作数a放放在寄存存器R3，操作作数b放放在寄存存器R4；结果果分别放放在寄存存器R5和R6.上一页下一页返回第三节MCS-51单片机机系统程程序设计计实例上一页下一页返回第三节MCS-51单片机机系统程程序设计计实例三、分支支和循环环程序在许多情情况下，，需要根根据不同同的条件件转向不不同的处处理程序序，这种种结构的的程序称称为分支支程序。。MCS-51单片机机设置的的条件转转移指令令、比较较转移指指令和位位转移指指令可以以实现程程序的分分支。图3-3为分支程程序框图图。[实例]设a存存放在累累加器R2中，，b存放放在寄存存器R3中，要要求按下下式计算算y值，，并将结结果y存存于累加加器A中中。上一页下一页返回第三节MCS-51单片机机系统程程序设计计实例上一页下一页返回第三节MCS-51单片机机系统程程序设计计实例循环程序序是指一一段反复复执行的的程序。。图3-4为循环程程序框图图。[实例]将内部部数据存存储器38H~6FH单元的的内容传传送到外外部数据据存储器器以1000H开始的的连续单单元中去去。38H~6FH单元向向外传数数据，需需传送56次。。将R6作为循循环计数数寄存器器，有如如下的流流程图：：上一页下一页返回第三节MCS-51单片机机系统程程序设计计实例四、查表表程序查表就是是根据自自变量x的值，，在表总总查找y，使y=f（（x）。。x和y可以使使各种类类型的数数据。表表的结构构也是多多种多样样的。表表格可以以放在程程序存储储器中，，也可以以存放在在数据存存储器中中。在单单片机应应用系统统中，这这类程序序使用频频繁。利利用它能能避免进进行复杂杂的运算算或转换换过程，，故它广广泛应用用于显示示、打印印字符的的转换以以及数据据补偿、、计算、、转换等等程序中中。一般般情况下下，对自自变量x是有变变化规律律的数据据，可以以根据这这一规律律形成地地址，对对应的y则存放放于该地地址单元元中；对对x是没没有变化化规律的的数据，，在表中中存放x及其对对应的y值。上一一页页下一一页页返回回第三三节节MCS-51单单片片机机系系统统程程序序设设计计实实例例[实实例例]试试计计算算发发动动机机燃燃油油温温度度信信号号与与油油温温的的关关系系。。设电电压压与与油油温温的的表表为为[1234]V[20283652]℃℃。。发发动动机机的的燃燃油油温温度度通通常常是是电电压压信信号号，，通通过过上上表表可可以以在在得得到到一一个个电电压压信信号号后后，，算算出出燃燃油油温温度度。。由由于于输输入入的的字字符符之之间间很很难难找找到到什什么么规规律律，，建建立立表表格格时时将将字字符符和和其其对对应应的的处处理理程程序序的的地地址址一一同同存存入入。。查查表表时时先先查查找找电电压压值值，，其其后后就就是是处处理理程程序序的的入入口口地地址址。。程程序序代代码码如如下下：：（（假假设设待待转转化化量量放放在在A中中，，结结果果存存放放到到R2中中。。））上一一页页下一一页页返回回第三三节节MCS-51单单片片机机系系统统程程序序设设计计实实例例上一一页页下一一页页返回回第三三节节MCS-51单单片片机机系系统统程程序序设设计计实实例例五、、数数据据极极值值查查找找程程序序在控控制制程程序序的的设设计计过过程程中中，，经经常常要要使使用用数数据据极极值值查查找找程程序序，，顾顾名名思思义义这这种种程程序序的的作作用用就就是是要要在在一一个个给给定定的的数数表表中中查查找找所所需需要要的的极极大大值值和和极极小小值值。。通通常常极极值值查查找找的的算算法法有有““筛筛选选法法””和和““冒冒泡泡法法””两两种种，，前前者者逐逐次次在在数