《单片机技术及 仿真与应用》-3

３.１汇编语言概述在众多的程序设计语言中，计算机唯一能直接识别和执行的语言是用二进制编码表示的机器语言。用机器语言编写的程序称为机器语言程序或指令程序（机器码程序）。因为机器只能直接识别和执行这种机器码程序，所以又称它为目标程序。与机器语言一样，汇编语言也是一种面向机器的语言，与计算机的硬件结构密切相关，不能在不同类型的计算机之间移植，同时使用汇编语言编程对程序设计人员要求也较高，为此，又出现了高级程序设计语言，如针对单片机的高级程序设计语言Ｃ５１等。高级程序设计语言独立于特定机器，所开发的程序方便进行移植。本书对５１单片机汇编语言和单片机Ｃ语言编程均进行了介绍。返回３.２指令格式和描述符号说明３.２.１指令格式汇编语言指令由标号、操作码助记符字段、操作数和注释字段四部分组成。指令格式如下：【标号：】操作码助记符【目的操作数】【，源操作数】【；注释】３.２.２指令中常用描述符号说明返回３.３寻址方式寻址方式就是寻找操作数地址的方式。而在３.２.１节指令格式中已说明，操作数有目的操作数和源操作数两种，因此寻址方式包含目的操作数寻址和源操作数寻址两种，若不特别声明，本书所指的寻址方式均指源操作数的寻址方式。５１系列单片机的寻址方式共有七种，如表３.１所示。１.立即数寻址立即数寻址就是参与操作的数据（指源操作数）在指令中直接给出。这个直接给出的数据前面有“＃”符号，称为立即数。下一页返回３.３寻址方式２.寄存器寻址寄存器寻址就是参与操作的数据由寄存器Ｒ０～Ｒ７（或ＤＰＴＲ、Ａ、Ｂ等）给出的方式。３.直接寻址直接寻址就是参与操作的数据地址（指源操作数）在指令中直接给出，操作数存放在片内低１２８字节中和特殊功能寄存器ＳＦＲ中，地址长度为８位。对于特殊功能寄存器，既可以使用它们的名字，也可以使用它们的地址。４.寄存器间接寻址以寄存器的内容作为操作数的地址，在间址寄存器前加“＠”符号，这种寻址方式称为寄存器间接寻址。对于这种寻址方式，可使用的间址寄存器有Ｒ０、Ｒ１、ＤＰＴＲ和ＳＰ。５１单片机中规定：上一页下一页返回３.３寻址方式（１）以Ｒ０、Ｒ１为间址寄存器，访问片内低１２８ＢＲＡＭ和片外２５６ＢＲＡＭ，它们两个的区别是访问片内指令用ＭＯＶ，而访问片外指令用ＭＯＶＸ。（２）以ＤＰＴＲ为间址寄存器，访问片外６４ＫＢＲＡＭ。（３）用ＳＰ作为间址寄存器５.变址寻址以基址寄存器（ＤＰＴＲ和ＰＣ）的内容为基地址，加上变址寄存器中的内容，形成真正的操作数的地址，这种寻址方式称为变址寻址。变址寻址方式只能用于访问程序存储器ＲＯＭ，多用于查表程序，范围为６４ＫＢ。显然，这种访问方式只能从ＲＯＭ中读取数据而不能写入数据。上一页下一页返回３.３寻址方式６.相对寻址相对寻址就是以程序计数器ＰＣ当前值为基准，加上相对偏移量ｒｅｌ得到的程序执行地址的寻址方式。偏移量ｒｅｌ的取值范围为－１２８～＋１２７，以补码形式存放。这种寻址方式一般是用于修改ＰＣ的值，实现程序的分支跳转。转移的目的地址表达式为：目的地址=源地址+转移指令字节数+rel编程时，常将目的地址用地址标号表示，例如以下程序段：上一页下一页返回３.３寻址方式第６句使用的就是相对寻址方式，其所在地址为１００８Ｈ，目的地址为１００２Ｈ，第６句的指令长度为２字节，其相对偏移量ｒｅｌ＝目的地址－源地址－转移指令字节数＝１００２Ｈ－１００８Ｈ－２＝－８Ｈ，用补码表示为Ｆ８Ｈ，即表示反向跳转８个字节。相对寻址示意图如图３.１所示。７.位寻址位寻址是将８位二进制数中的其中一位作为操作数，在指令中以位地址形式给出，参与操作运算，一般用ｂｉｔ表示。上一页返回３.４指令系统３.４.１数据传送类指令（２９条）数据的传送是一种最基本、最主要的操作，是编程时使用最频繁的一种操作，通常不影响ＰＳＷ的状态。数据传送类指令一般可分为两大类，一类是ＭＯＶ类传送指令，采用ＭＯＶ操作符；另一类是非ＭＯＶ类传送指令，不采用ＭＯＶ操作符。ＭＯＶ类指令功能是将源字节的内容传送到目的字节，源字节内容不变，ＭＯＶ是ＭＯＶＥ的缩写。主要有７种，１种１６位数据传送指令，４种８位数据传送指令，２种ＭＯＶ（指查表指令ＭＯＶＣ和片外数据传送类指令ＭＯＶＸ）扩展类指令。１.１６位数据传送指令（１条）下一页返回３.４指令系统这是唯一的一条１６位立即数传送指令，将１６位立即数的高８位送入ＤＰＨ，低８位送入ＤＰＬ。在翻译成机器码时，也是高位字节在前，低位字节在后。如“ＭＯＶＤＰＴＲ，＃４３２１Ｈ”的机器码是“９０４３２１”，执行结果为：在机器码格式中，ｒｒｒ为工作寄存器地址，ｒｒｒ＝０００～１１１对应工作寄存器Ｒ０～Ｒ７的某一个。Ｒｉ为间接寻址寄存器，ｉ＝０或１，表示Ｒ０或Ｒ１。ｄｉｒｅｃｔ表示直接地址，ｄａｔａ表示８位立即数本身。本组指令只影响ＰＳＷ中的标志位Ｐ（表示累加器Ａ中１的奇偶情况）。３.以寄存器Ｒｎ为目的操作数的指令（３条）上一页下一页返回３.４指令系统４.以直接地址为目的操作数的指令（５条）５.以间接地址为目的操作数的指令（３条）８位ＭＯＶ类传送指令数据传送关系如图３.２所示。６.查表指令（２条）在５１单片机指令系统中，有２条极为有用的查表指令，其数据表格放在程序存储器中。“ＭＯＶＣＡ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ”指令以ＤＰＴＲ为基址寄存器进行查表。使用前，先给ＤＰＴＲ赋予一任意地址，所以查表范围可达整个程序存储器的６４ＫＢ空间，称为远程查表。但若ＤＰＴＲ已赋值待用，装入新值之前必须保存其原值，可用栈操作指令ＰＵＳＨ保存。上一页下一页返回３.４指令系统７.累加器Ａ与片外ＲＡＭ传送指令（４条）在５１单片机指令系统中，ＣＰＵ对片外ＲＡＭ或片外Ｉ／Ｏ外设芯片的访问只能用寄存器间接寻址的方式，且仅有４条指令。第一条／第三条指令以Ｒ０或Ｒ１为间址寄存器，也可以读／写整个６４ＫＢ的片外ＲＡＭ空间。指令执行时，高８位地址在Ｐ２中，由Ｐ２口输出；低８位地址在Ｒ０或Ｒ１中，由Ｐ０口分时输出，并由ＡＬＥ信号锁存在地址锁存器中。第二条／第四条指令以１６位ＤＰＴＲ为间址寄存器读／写片外ＲＡＭ，可以寻址整个６４ＫＢ的片外ＲＡＭ空间。指令执行时，在ＤＰＨ中的高８位地址由Ｐ２口输出，在ＤＰＬ中的低８位地址由Ｐ０口分时输出，并由ＡＬＥ信号锁存在地址锁存器中。上一页下一页返回３.４指令系统８.栈操作指令（２条）５１单片机的堆栈设置在片内ＲＡＭ的低１２８字节单元中，一般设在３０Ｈ～７ＦＨ单元中，增长方向为向上型，即进栈时，栈指针向高地址的方向变化。栈顶指针ＳＰ复位值＝０７Ｈ，一般给ＳＰ赋新值，如３０Ｈ。（１）ＰＵＳＨ（入栈）指令：单元中，属于直接寻址。本操作不影响标志位。（２）ＰＯＰ（出栈）指令：９.交换指令（５条）（１）字节交换指令（３条）：上一页下一页返回３.４指令系统将源操作数所指定的工作寄存器Ｒｎ（Ｒ０～Ｒ７）内容、直接寻址或间接寻址的单元内容与累加器Ａ中的内容互换。其操作如图３.３所示。（２）半字节交换指令（１条）：这条指令为低位字节交换指令。该指令将累加器Ａ的低４位与Ｒ０或Ｒ１所指出的片内ＲＡＭ单元的低４位数据相互交换，各自的高４位不变。其操作如图３.４所示。（３）累加器半字节交换指令（１条）：３.４.２算术运算类指令（２４条）算术运算指令可以进行加、减、乘、除、加１、减１和ＢＣＤ码十进制调整操作。这类多以Ａ为操作数，运算结果再存回Ａ中。这类指令一般都影响标志位，见表３.２。上一页下一页返回３.４指令系统１.不带进位加法指令（４条）这类指令结果存放于累加器Ａ中。当加法运算结果的第３位或第７位有进位时，分别将ＡＣ和ＣＹ标志位置１；否则为０。参照表３.２，这类指令的运算结果影响标志位ＡＣ、ＣＹ、ＯＶ和Ｐ。当然，溢出标志位ＯＶ只有带符号数运算时才有用。２.带进位加法指令（４条）这组指令与上面ＡＤＤ指令的区别是，运算时将进位标志位ＣＹ加到累加器Ａ中，结果存放在Ａ中，其余的功能和ＡＤＤ指令相同。本指令常用于多字节加法。３.十进制调整指令（１条）上一页下一页返回３.４指令系统指令功能：本指令用于对累加器Ａ中刚进行的两个ＢＣＤ码的相加结果进行十进制调整，调整的结果仍为ＢＣＤ码。使用时注意以下几点：（１）这条指令只能出现在ＡＤＤ或ＡＤＤＣ指令之后。（２）不能用ＤＡ指令对ＢＣＤ码减法进行直接调整，如需要，可将减法转换成补码相加，然后再用ＤＡ指令调整。（３）本指令不影响ＯＶ位。（４）借助标志位可实现多位ＢＣＤ码加法结果的调整。４.带借位减法指令（４条）上一页下一页返回３.４指令系统这组指令的功能是把累加器Ａ的内容减去进位位ＣＹ值和第二操作数的内容，将结果送入累加器Ａ中。５４带借位的减法指令可以实现多字节减法运算。由于５１单片机指令系统中没有不带借位的减法指令，当使用此组指令完成不带借位的减法功能时，只需先将ＣＹ清０即可。５.加１指令（５条）这组指令的功能是将操作数内容加１，结果送回原单元。只有“ＩＮＣＡ”影响标志Ｐ，其余操作都不影响ＰＳＷ。６.减１指令（４条）上一页下一页返回３.４指令系统这组指令的功能是将操作数内容减１，结果送回原单元。只有“ＤＥＣＡ”影响标志Ｐ，其余操作都不影响ＣＹ和ＰＳＷ。７.乘法指令（１条）指令功能：把累加器Ａ和寄存器Ｂ中的２个８位无符号数相乘，乘积的低８位留在Ａ中，高８位存放在Ｂ中。当乘积大于０ＦＦＨ、Ｂ中内容不为０时，ＯＶ置１；否则ＯＶ清０。８.除法指令（１条）指令功能：累加器Ａ中的８位无符号整数除以寄存器Ｂ的８位无符号整数，所得的整数商存于Ａ，余数存于Ｂ中。当存放除数的Ｂ为０时，除法无意义，结果无法确定，ＯＶ＝１，否则ＯＶ＝０。ＣＹ总是被清０。上一页下一页返回３.４指令系统３.４.３逻辑运算与循环类指令（２４条）逻辑运算指令包括与、或、异或、清零和取反操作；循环指令可以完成对累加器Ａ的循环左移、循环右移、带进位的循环左移和带进位的循环右移。１.逻辑“与”指令（６条）这组指令中的前４条功能是，将源操作数的内容和累加器Ａ的内容按位“相与”，结果送入Ａ中。后２条指令的功能是，将源操作数的内容和直接地址单元中的内容按位“相与”，结果存入直接地址单元中。２.逻辑“或”指令（６条）上一页下一页返回３.４指令系统这组指令中的前４条功能是将源操作数的内容和累加器Ａ的内容按位“相或”，结果送入Ａ中。后２条指令的功能是，将源操作数的内容和直接地址单元中的内容按位“相或”，结果存入直接地址单元中。３.逻辑“异或”指令（６条）这组指令中的前４条功能是将源操作数的内容和累加器Ａ的内容按位“相异或”，结果送入Ａ中。后２条指令的功能是，将源操作数的内容和直接地址单元中的内容按位“相异或”，结果存入直接地址单元中。４.累加器Ａ清０指令（１条）汇编指令格式上一页下一页返回３.４指令系统５.累加器Ａ取反指令（１条）６.移位指令（４条）（１）累加器Ａ循环左移指令：（２）累加器Ａ循环右移指令：汇编指令格式上一页下一页返回３.４指令系统（３）累加器Ａ连同进位位循环左移指令：（４）累加器Ａ连同进位位循环右移指令：上一页下一页返回３.４指令系统前两条指令的功能分别是，将累加器Ａ的内容循环左移或右移一位；后两条指令的功能分别是，将累加器Ａ的内容连同进位位ＣＹ一起循环左移或右移一位。此外，我们通常用“ＲＬＣＡ”指令将累加器Ａ的内容做乘２运算。３.４.４控制转移类指令（１７条）程序是顺序执行的，要改变程序的执行顺序，应通过改变ＰＣ的值来实现，这就是控制转移类指令的基本功能。５１单片机控制转移类指令有无条件转移、空操作、条件转移、子程序调用与返回指令。１.无条件转移指令（４条）不规定转移条件的程序转移称为无条件转移，此类指令共有长转移、短转移、相对转移和散转移指令４条。（１）长转移指令（１条）：上一页下一页返回３.４指令系统这是一条３字节指令，该指令能把１６位目标地址（ａｄｄｒ１６）送入ＰＣ，转移范围可为６４ＫＢ程序存储器地址空间的任何单元，因此称为长转移。在实际编程时，通常采用标号地址，如“ＬＪＭＰＬＯＯＰ”。转移操作如图３.５所示。（２）短转移指令（１条）：上一页下一页返回３.４指令系统由于转移的地址是１１位，而１１位的地址范围是在２ＫＢ范围内（２１１＝２Ｋ），故ＡＪＭＰ指令的转移范围是ＡＪＭＰ下一条指令第一个字节开始的２ＫＢ范围内。转移操作如图３.６所示。与ＬＪＭＰ指令类似，ＡＪＭＰ指令后面最好也用标号地址，但必须保证标号所处的地址与ＡＪＭＰ指令之间不超过２ＫＢ的寻址范围。（３）相对转移（短转移）指令（１条）：上一页下一页返回３.４指令系统这是一条２字节指令，其功能是先计算目的地址，并按计算出的目的地址实现程序的相对转移。计算公式：目的地址＝（ＰＣ）＋２＋ｒｅｌ（见３.３节寻址方式中的第６种相对寻址）因为本指令为双字节指令，执行时先将ＰＣ内容加２，再加相对地址ｒｅｌ，就得到了转移目标地址。其中ｒｅｌ是偏移量，本身是一个带符号的８位二进制数的补码表示形式，取值范围为－１２８～＋１２７（００Ｈ～７ＦＨ对应表示０～＋１２７，８０Ｈ～ＦＦＨ对应表示－１２８～－１）。负数表示反向转移，正数表示正向转移。上一页下一页返回３.４指令系统（４）散转移指令（１条）：本指令以ＤＰＴＲ的内容为基址，以Ａ的内容为变址，而将这两者的和形成目的地址，送入ＰＣ实现程序的转移。即：因此，只要把ＤＰＴＲ的值确定，而对Ａ赋以不同的值，即可实现程序的多分支转移。上一页下一页返回３.４指令系统当（Ａ）＝００Ｈ时，程序将转到ＣＳ０处执行；当（Ａ）＝０１Ｈ时，程序将转到ＣＳ１处执行；其余类推。由于ＡＪＭＰ是双字节指令，散转前Ａ中键值应先乘以２。２.空操作指令（１条）这条指令不产生任何操作，只是将ＰＣ的内容加１，不影响其他寄存器和标志位。ＮＯＰ指令常用来产生一个机器周期的延迟。３.条件转移指令（８条）上一页下一页返回３.４指令系统所谓条件转移是指程序的转移是有条件的。若条件满足，则程序转向指定的目的地址（目的地址是以下一条指令的起始地址为中心的－１２８～＋１２７共２５６字节范围）去执行，否则仍顺序执行。（１）判零转移指令（２条）：上一页下一页返回３.４指令系统（２）比较转移指令（４条）：上一页下一页返回３.４指令系统（３）循环转移指令（２条）：上一页下一页返回３.４指令系统４.调用和返回指令（４条）在一个程序中经常遇到反复执行某段相同的程序，如果把相同的程序编写为一个子程序，就可以通过主程序来调用它。这样不但减少了编写程序的工作量，而且也缩短了程序的长度。（１）长调用指令（１条）：上一页下一页返回３.４指令系统（２）短调用指令（１条）：（３）返回指令（２条）：上一页下一页返回３.４指令系统３.４.５位操作类指令（１７条）位操作指令的操作数是字节中的某一位，故又称为布尔操作。位指令执行时，以进位标志ＣＹ作为累加器，但用字符“Ｃ”表示。位地址有４种表示形式，以ＰＳＷ中的第７位，ＣＹ为例，说明如下：上一页下一页返回３.４指令系统①直接地址方式，如０Ｄ７Ｈ；②点操作符方式，如Ｄ０Ｈ.７、ＰＳＷ.７；③位名称方式，如ＣＹ；④伪指令定义方式，如Ｃ＿ＦＬＡＧＢＩＴＣＹ。经定义后，允许指令中用Ｃ＿ＦＬＡＧ代替ＣＹ。１.位数据传送指令（２条）上一页下一页返回３.４指令系统２.位值设置指令（６条）（１）位清０指令（２条）：（２）位置１指令（２条）：上一页下一页返回３.４指令系统（３）位取反指令（２条）：３.位逻辑运算指令（４条）（１）位逻辑“与”指令（２条）：上一页下一页返回３.４指令系统（２）位逻辑“或”指令（２条）：４.位条件转移类指令（５条）（１）判布尔累加器Ｃ转移指令（２条）：上一页下一页返回３.４指令系统（２）判位变量转移指令（２条）：上一页下一页返回３.４指令系统。（３）判位变量并清０转移指令（１条）：上一页下一页返回３.４指令系统本条指令对指定的二进制位进行检测，若该位是“１”，则将其清０，同时ＰＣ转移到指定的目的地址执行程序；否则，顺序执行。本指令常在定时／计数器查询方式中使用。上一页返回３.５伪指令１.定位伪指令（ＯＲＧ）格式：［标号：］ＯＲＧ１６位地址表达式功能：说明后面程序紧接程序段或数据段存放的起始地址。２.定义字节数据伪指令（ＤＢ）格式：［标号：］ＤＢ字节数据表功能：从标号指定的地址单元开始，在程序存储器中定义字节数据。字节数据表可以是一或多个字节数据、括在单引号（′

′）中的ＡＳＣＩＩ字符串或表达式。将字节数据表中的数据从左到右依次存放在指定地址单元。３.定义字数据伪指令（ＤＷ）格式：［标号：］ＤＷ字数据表下一页返回３.５伪指令功能：从标号指定的地址单元开始，在程序存储器中定义１６位的字数据。与ＤＢ类似，但ＤＷ定义的数据项为字，包括两个字节，高位字节先存放，低位字节后存放。４.定义空间伪指令（ＤＳ）格式：［标号：］ＤＳ表达式功能：从指定的地址开始，在程序存储器中保留表达式所规定的存储单元，作备用空间。５.赋值伪指令（ＥＱＵ）格式：符号名ＥＱＵ数据或汇编符号上一页下一页返回３.５伪指令功能：将一个数值或特定的汇编符号赋值给指定的符号名。符号名用ＥＱＵ伪指令赋值后，在以后的程序中可以方便地引用该符号名，每个出现该符号名的地方均用ＥＱＵ定义的数据或汇编符号来取代。符号名必须先定义后使用，因此该语句通常放在源程序的开头部分。符号名可以代表地址、常数、字符串、寄存器名或位名等，符号名后不需要接冒号。６.数据赋值伪指令（ＤＡＴＡ）格式：符号名ＤＡＴＡ表达式功能：将表达式的值赋给指定的符号名，只能定义单字节数据，与ＥＱＵ类似，但有以下差别：（１）ＥＱＵ必须先定义后使用，ＤＡＴＡ可以先使用后定义。上一页下一页返回３.５伪指令（２）ＥＱＵ可以把一个特定的汇编符号赋给指定的符号名，而ＤＡＴＡ只能把数据赋给符号名。（３）ＤＡＴＡ可以把一个表达式的值赋给符号名，其中表达式应该是可求值的。７.位地址符号定义伪指令（ＢＩＴ）格式：符号名ＢＩＴ位地址表达式功能：将位地址赋给指定的符号名。位地址表达式可以是绝对地址，也可以是符号地址。上一页返回３.６汇编与汇编程序设计３.６.１源程序的汇编将汇编语言源程序转换为用机器码表示的目标程序，这个转换过程称为汇编，能完成该转换功能的程序称为汇编程序。汇编常用的方法有两种：一种是手工汇编，另一种是机器汇编。对于手工汇编，是把程序用助记符指令写出后，