单片机技术及C51仿真与应用

第１章初识５１单片机及其开发环境12433１.１微型机与单片机１.２５１单片机的基本结构概述１.３５１单片机的引脚与封装１.４一个简单ＬＥＤ灯循环点亮实验下一页第１章初识５１单片机及其开发环境56837１.５μＶｉｓｉｏｎ４开发环境介绍１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真环境简介１.７５１单片机基本电路１.８５１系列单片机返回１.１微型机与单片机微型计算机系统一般包括中央处理单元（ＣＰＵ）、存储器（Ｍｅｍｏｒｙ）及输入／输出单元（Ｉ／Ｏ）三大部分，如图１.１所示。ＣＰＵ正如人的大脑一样，控制整个计算机系统的运行。存储器则是存放系统运行所需的程序及数据，包括只读存储器（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ，ＲＯＭ）及随机存取存储器（ＲａｎｄｏｎＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ，ＲＡＭ）。通常ＲＯＭ用来存储程序或永久性的数据，称为程序存储器；ＲＡＭ则是用来暂时存储程序执行时的数据，称为数据存储器。Ｉ／Ｏ是微型计算机系统与外部沟通的管道，其中包括输入端口与输出端口。这三部分分别由不同的元器件组成，然后把它们组装在电路板上，形成一个微型计算机系统。下一页返回１.１微型机与单片机单片微型计算机（即单片机或微控制器）就是把中央处理单元、存储器、输入／输出单元等全部放置在一个芯片里，如图１.２所示，只要再配置几个小元件，如电阻器、电容器、石英晶体、连接器等，就成为一个完整的微型计算机系统。因此整个系统的体积小、成本低、可靠性高，成为目前微型计算机控制系统的主流。上一页返回１.２５１单片机的基本结构概述５１单片机发展至今，虽然有许多厂商各自开发了不同的兼容芯片，但其基本结构变化不大，图１.３为标准的５１单片机结构图。本章先介绍５１单片机的基本结构、引脚、基本电路及５１系列等，其中引脚结构需要熟记，本书提供记忆技巧，很快记住４０个引脚和基本电路。返回１.３５１单片机的引脚与封装１.ＰＤＩＰ４０与ＰＤＩＰ４２５１单片机在教学过程中最常用的是４０个引脚双列直插式封装（ＰｌａｓｔｉｃＤｕａｌＩｎｌｉｎｅＰａｃｋａｇｅ，简称ＰＤＩＰ），如图１.４所示，还有一种双列直插式封装如图１.５所示，即ＰＤＩＰ４２。ＰＤＩＰ４０与ＰＤＩＰ４２引脚数量不相同，尺寸差异也很大。ＰＤＩＰ４０特别适用于学校培训机构使用，但由于体积较大，制作成本较高，很少在商业里使用。根据上述要诀，很容易记住这些引脚的位置和基本功能。需要补充说明的是，５１单片机的４０个引脚里有很多是复用引脚，简单讲就是多用途的引脚，以３９脚到３２脚为例，一般情图１.６ＱＦＰ封装况下为Ｐ０；若是连接外部存储器时，则当成ＡＤ０～ＡＤ７引脚，而ＡＤ０～ＡＤ７就是地址引脚与数据引脚混合的复用引脚，但如果不接外部存储器时就可以当它不存在。下一页返回１.３５１单片机的引脚与封装２.ＱＦＰ与ＰＬＣＣ封装５１单片机的ＱＦＰ封装有ＰＱＦＰ和ＴＱＦＰ两种，均为扁平的４４引脚表贴式封装，其体积小，成本低，是目前商业主流，学校和培训结构几乎不用，其引脚如图１.６所示。５１单片机中，ＰＬＣＣ也是一种常用的封装方式，也为４４引脚表贴式封装，其引脚封装顺序与ＱＦＰ类似，如图１.７所示，但这种封装可直接卡在电路板上，如图１.８所示，适用于实验室及大批量生产。上一页返回１.４一个简单ＬＥＤ灯循环点亮实验一、实验目的（１）了解５１单片机的开发过程，获得单片机系统制作的感性认识。（２）了解５１单片机的汇编语言和Ｃ语言编程结构。二、实验要求８个ＬＥＤ灯Ｄ１～Ｄ８由单片机控制，先是全亮，然后Ｄ１～Ｄ８依次由单片机的Ｐ２口控制被点亮。三、电路图系统电路如图１.９所示。依次点亮过程如图１.１０所示。四、程序流程图程序的流程图如图１.１１所示。下一页返回１.４一个简单ＬＥＤ灯循环点亮实验五、程序设计在μＶｉｓｉｏｎ４中新建工程，加入汇编程序ｃｈ０１.ａｓｍ或Ｃ５１程序ｃｈ０１.ｃ，μＶｉｓｉｏｎ４开发环境在１.５节介绍。在Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真环境下绘制图１.９，仿真运行该实验，Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真环境在１.６节介绍。汇编语言参考程序如下：上一页下一页返回１.４一个简单ＬＥＤ灯循环点亮实验上一页下一页返回１.４一个简单ＬＥＤ灯循环点亮实验Ｃ语言参考程序如下。上一页下一页返回１.４一个简单ＬＥＤ灯循环点亮实验上一页返回１.５μＶｉｓｉｏｎ４开发环境介绍１.５.１μＶｉｓｉｏｎ４开发界面μＶｉｓｉｏｎ４的开发界面如图１.１２所示，包含一个５１单片机开发环境所必需的工具，如文件编辑、片内外设所连接窗口（如Ｐ０～Ｐ３运行观察窗口）、运行信息窗口、存储器信息显示窗口、调试等工具。为便于工程运行，可以展开寄存器（Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）窗口、存储器信息显示窗口和变量观察窗口进行监视，还可以打开其他许多窗口进行调试。μＶｉｓｉｏｎ４把一个项目当作一个工程来开发，开发过程分为两个阶段，第一阶段是编辑程序，编译工程（ｂｕｉｌｄ），生成目标程序和可执行文件，如.ＨＥＸ文件；第二阶段，对编译生成的可执行文件进行调试和仿真。具体运行过程如下。下一页返回１.５μＶｉｓｉｏｎ４开发环境介绍１.新建工程新建一个文件夹，如ｔｅｓｔ０１，用以保存同一工程下的相关文件。在Ｐｒｏｊｅｃｔ菜单下选择ＮｅｗＰｒｏｊｅｃｔ选项，在弹出窗口中，输入工程名ｔｅｓｔ１，系统自动添加扩展名。２.设置工程单击Ｐｒｏｊｅｃｔ菜单下的“ＯｐｔｉｏｎｓｆｏｒＴａｒｇｅｔ‘Ｔａｒｇｅｔ１’”选项，弹出工程设置窗口，如图１.１３所示。或在工程窗口中右键单击Ｔａｒｇｅｔ１，在弹出菜单中选择“ＯｐｔｉｏｎｓｆｏｒＴａｒｇｅｔ‘Ｔａｒｇｅｔ１’”。上一页下一页返回１.５μＶｉｓｉｏｎ４开发环境介绍１.５.２演示步骤（１）新建文件夹：ｔｅｓｔ０１。（２）在文件夹ｔｅｓｔ０１中，新建工程ｔｅｓｔ１（工程的扩展名会自动添加）。（３）将１.４节ｃｈ０１.ａｓｍ文件复制到文件夹ｔｅｓｔ０１中，并添加到工程ｔｅｓｔ１中。（４）在Ｐｒｏｊｅｃｔ菜单的下拉选项中，单击“ＯｐｔｉｏｎｓｆｏｒＴａｒｇｅｔ‘Ｔａｒｇｅｔ１’”，在设置窗口中进行以下操作：上一页下一页返回１.５μＶｉｓｉｏｎ４开发环境介绍（５）在Ｐｒｏｊｅｃｔ菜单下，选择“ＲｅｂｕｉｌｄａｌｌＴａｒｇｅｔｆｉｌｅｓ”选项，生成文件ｔｅｓｔ１.ｈｅｘ，该文件可以下载到目标机上进行仿真调试。（６）选择Ｄｅｂｕｇ菜单下的“Ｓｔａｒｔ／ＳｔｏｐＤｅｂｕｇＳｅｓｓｉｏｎ”选项，进入调试状态。（７）选择Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｓ菜单下“Ｉ／ＯＰｏｒｔｓ”选项上的“Ｐｏｒｔ２”。（８）在Ｄｅｂｕｇ菜单下以Ｓｔｅｐ（单步）方式运行，观察Ｐｏｒｔ２窗口变化状态。也可以使用Ｒｕｎ（连续运行）方式，观察ＬＥＤ状态变化。上一页返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真环境简介１.６.１Ｐｒｏｔｅｕｓ的安装目前，较新的版本是Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０，其可适用于ＸＰ和Ｗｉｎ７用户。Ｐｒｏｔｅｕｓ７.８是稍早用于ＸＰ用户的版本，下面分别介绍Ｐｒｏｔｅｕｓ７.８和Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０的安装。（１）在Ｋｅｉｌ目录下的Ｃ５１／ＢＩＮ文件夹中，查看是否有ＶＤＭ５１.ＤＬＬ文件，若没有，将其复制到Ｋｅｉｌ目录下的Ｃ５１／ＢＩＮ文件夹中。（２）查看Ｋｅｉｌ目录下的ＴＯＯＬＳ.ｉｎｉ文件，是否有ＴＤＲＶ３＝ＢＩＮ＼ＶＤＭ５１.ＤＬＬ（“ＰｒｏｔｅｕｓＶＳＭＳｉｍｕｌａｔｏｒ”）的字样，字符串“ＴＤＲＶ”后面的数字要按照顺序排列，保证不能重复，要根据自己的情况设置该语句，如图１.１４所示，表示在ＫｅｉｌμＶｉｓｉｏｎ４可以选择用“ＰｒｏｔｅｕｓＶＳＭＳｉｍｕｌａｔｏｒ”进行仿真。下一页返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真环境简介Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０安装主要有以下步骤：（１）下载好压缩包，并进行解压，运行“Ｓｅｔｕｐ.ｅｘｅ”安装程序，勾选“Ｉａｃｃｅｐｔｔｈｅｔｅｒｍｓｏｆ..”之类的选项框，单击“Ｎｅｘｔ”按键弹出如图１.１５所示的界面，选择第一个“Ｕｓｅａｌｏｃａｌｌｙｉｎｓｔａｌｌｅｄｌｉｃｅｎｓｅｋｅｙ”，意思是说使用本地的授权文件。（２）单击“Ｎｅｘｔ”→“Ｎｅｘｔ”两下，弹出如图１.１６所示的界面。（３）单击“ＢｒｏｗｓｅＦｏｒＫｅｙＦｉｌｅ”按键，找到解压包的Ｃｒａｃｋ目录下的ＬＩＣＥＮＣＥ.ｌｘｋ文件，单击“Ｉｎｓｔａｌｌ”按键后在弹出的提示框单击“是”按键。界面如图１.１７所示。上一页下一页返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真环境简介（４）单击“Ｃｌｏｓｅ”按键关闭，弹出如图１.１８所示的界面，意思是问要不要导入Ｐｒｏｔｅｕｓ７的配件文件，把三项全部选中。（５）单击“Ｎｅｘｔ”按键后，再单击“Ｔｙｐｉｃａｌ”，选择典型安装模式，如图１.１９所示。（６）然后按提示操作，单击“Ｎｅｘｔ”按键，直到安装结束。接下来两步操作很重要，请仔细看。（７）找到解压包的Ｃｒａｃｋ目录下的“ｂｉｎ”文件夹，复制整个文件夹到Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０的安装目录，一般为“Ｃ：＼ＰｒｏｇｒａｍＦｉｌｅｓ＼ＬａｂｃｅｎｔｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＼Ｐｒｏｔｅｕｓ８Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”。上一页下一页返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真环境简介（８）找到解压包的Ｃｒａｃｋ目录下的“ＭＯＤＥＬＳ”文件夹，复制整个文件夹到“Ｃ：＼ＤｏｃｕｍｅｎｔｓａｎｄＳｅｔｔｉｎｇｓ＼ＡｌｌＵｓｅｒｓ＼ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＤａｔａ＼ＬａｂｃｅｎｔｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＼Ｐｒｏｔｅｕｓ８Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”目录（仅针对ＸＰ用户），如果是Ｗｉｎ７用户，将“ＭＯＤＥＬＳ”复制到“Ｃ：＼Ｕｓｅｒｓ＼ＡｌｌＵｓｅｒｓ＼ＬａｂｃｅｎｔｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＼Ｐｒｏｔｅｕｓ８Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”目录，“Ｃ：＼ＤｏｃｕｍｅｎｔｓａｎｄＳｅｔｔｉｎｇｓ＼ＡｌｌＵｓｅｒｓ＼ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＤａｔａ”一般会隐藏的，如果无法找到，请做如下操作：选择工具菜单→文件夹选择→查看→把“显示所有文件和文件夹”选中。至此，安装Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０完成。上一页下一页返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真环境简介１.６.２Ｐｒｏｔｅｕｓ的使用在“开始”→“所有程序”→“Ｐｒｏｔｅｕｓ８Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”中，选择“Ｐｒｏｔｅｕｓ８Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”，进入Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０开发界面，如图１.２０所示。或在“开始”→“所有程序”→“Ｐｒｏｔｅｕｓ７Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”中，选择“ＩＳＩＳ７Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ”，进入Ｐｒｏｔｅｕｓ７.８开发界面。单击图１.２０中的ＩＳＩＳ快捷键，即可像Ｐｒｏｔｅｕｓ７进入ＩＳＩＳ开发界面一样。在ＰｒｏｔｅｕｓＩＳＩＳ开发界面中，如图１.２１所示，工作区是用来绘制原理图的地方。缩略图区是对工作区的一个概览。器件工具栏是常用公共器件的列表，里面含有大量的公共元器件，如常用的ＶＣＣ、ＧＮＤ、Ｂｕｓｅｓ（总线绘制工具）等，熟练使用会提高绘图效率。上一页下一页返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真环境简介对５１单片机加载程序的办法，如图１.２３所示。在ＡＴ８９Ｃ５１单片机上单击右键，在弹出的窗口中选择“编辑属性”，在“编辑元件”选项对话框中单击“ＰｒｏｇｒａｍＦｉｌｅ”按钮，选择ＡＴ８９Ｃ５１单片机运行时所要运行的程序，与实物运行时一样，选择已将程序编译成十六进制的ｈｅｘ文件。若原理图已绘制完毕，且此时已将程序加载完毕，单击仿真工具条中的“开始”按钮，即可进行仿真。１.６.３μＶｉｓｉｏｎ４＋Ｐｒｏｔｅｕｓ运行单片机仿真Ｐｒｏｔｅｕｓ可直接运行μＶｉｓｉｏｎ编译好的目标文件达到仿真目的。首先，在μＶｉｓｉｏｎ下编译无误后，在工程设置选项卡的Ｄｅｂｕｇ选项页，选择“ＰｒｏｔｅｕｓＶＳＭＳｉｍｕｌａｔｏｒ”，不同软件版本，字符串“ＰｒｏｔｅｕｓＶＳＭＳｉｍｕｌａｔｏｒ”会有不同，但大致是一个意思。如果是本机的Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真，在“ＶＤＭＳｅｒｖｅｒＳｅｔｔｉｎｇｓ”中设置“Ｈｏｓｔ”为“１２７.０.０.１”，如图１.２４所示。上一页下一页返回１.６Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真环境简介最后，把ＰｒｏｔｅｕｓＩＳＩＳ和μＶｉｓｉｏｎ都打开，在μＶｉｓｉｏｎ中，单击开始调试按钮，ＰｒｏｔｅｕｓＩＳＩＳ和μＶｉｓｉｏｎ一起运行，开始仿真。在μＶｉｓｉｏｎ中单步执行，在ＰｒｏｔｅｕｓＩＳＩＳ中可以看到单步执行的效果，如图１.２６所示。在调试时，μＶｉｓｉｏｎ４版本下默认打开的是反汇编窗口，可以直接关闭或在调试模式下，单击“Ｖｉｅｗ”菜单下的“ＤｉｓａｓｓｅｍｂｌｙＷｉｎｄｏｗ”，关闭反汇编功能。上一页返回１.７５１单片机基本电路所谓“基本电路”是指５１单片机工作时最基本的连接线路，主要包括电源电路、时钟电路、复位电路和存储器设置电路四部分，如图１.２７所示。１.电源电路将５１单片机４０脚接＋５Ｖ的ＶＣＣ，２０脚接地即可。２.时钟电路５１单片机内部已有振荡电路，只需将１８、１９脚连接石英晶体（Ｃｒｙｓｔａｌ）和微调电容（２个，３０ｐＦ左右）即可。对于８９Ｓ５１的时钟脉冲频率，Ａｔｍｅｌ公司提供的频率为０～２４ＭＨｚ，其他公司提供了４０ＭＨｚ的版本，甚至还有更高，但目前主要使用的还是１２ＭＨｚ，本书使用了１２ＭＨｚ和１１.０５９２ＭＨｚ两种。如不再设计一个振荡电路，大体采用图１.２７的接线方式即可。下一页返回１.７５１单片机基本电路３.复位电路当５１单片机的第９脚接高电平超过２个机器周期（１个机器周期含１２个脉冲周期，１２ＭＨｚ的晶振频率，其１个机器周期为１μｓ，参考后续章节）时，即产生复位。如图１.２７所示，当按键按下瞬间，电容器Ｃ上没有电荷，相当于短路，第９脚直接接到ＶＣＣ；当按键松开后，随时间增加，电容器上的电压逐渐增加，第９脚的电压逐渐降至低电平，此时５１单片机恢复常态。如果复位电路中的电阻为１００ｋΩ，电容为０.１μＦ，其时间常数就大于２μｓ，此时电容器旁边的按键就相当于一个手动复位键。上一页返回１.８５１系列单片机ＭＣＳ－５１系列（Ｍｉｃｒｏ－ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＳｙｓｔｅｍ）单片机分为基本型（５１系列）和增强型（５２系列）两大类。其最大的特点就是增强型（５２系列）是基本型（５１系列）内部存储器的容量加倍，外接的存储器容量不变，定时器／计数器增加一个，价格相差不大。本书只讲５１系列单片机的分类，按照片内ＲＯＭ区分，有四种类型，如表１.１所示。１.无ＲＯＭ类型８０３１单片机为无ＲＯＭ类型，使用时，其必须外接程序存储器，现已很少使用。２.ＭａｓｋＲＯＭ类型下一页返回１.８５１系列单片机８０５１单片机为ＭａｓｋＲＯＭ类型，程序直接放入这种类型单片机的程序存储器中。不能刻录程序，因此价格低廉，但这种单片机需要制作其特有光罩（Ｍａｓｋ），量大时才适合生产，如键盘里使用的单片机。３.ＥＰＲＯＭ类型８７５１单片机为ＥＰＲＯＭ类型，这种单片机可以通过紫外线擦除ＲＯＭ里的数据，从而使其可以运行不同的程序。如图１.２８所示，刻录时，通过芯片上的窗口，可看到芯片的内部与连接线，刻录完毕后，在窗口贴上黑色胶布以防数据消失。擦除时，使用紫外线照射窗口１５～３０ｍｉｎ即可。由于成本高，擦除麻烦，目前几乎很少使用。上一页下一页返回１.８５１系列单片机４.Ｅ２ＰＲＯＭ类型８９Ｃ５１／８９Ｓ５１单片机为使用Ｆｌａｓｈ技术的Ｅ２ＰＲＯＭ类型单片机，如图１.２９所示。其中８９Ｃ５１单片机使用５Ｖ及１２Ｖ电压刻录与擦除程序；而８９Ｓ５１只用５Ｖ电压刻录与擦除程序，已成为主流使用的商品。厂商宣称这种芯片可重复写入达１００００次以上，而实际上，若不是操作失误或引脚断裂，很难将其烧坏。上一页返回图１.１微型计算机组成返回图１.２单片机微控制器结构返回图１.３５１单片机基本结构框图返回图１.４ＰＤＩＰ４０双列直插式封装返回图１.５ＰＤＩＰ４２双列直插式封装返回图１.６ＱＦＰ封装返回图１.７ＰＬＣＣ封装返回图１.８ＰＬＣＣ芯片管座返回图１.９系统电路运行截图返回图１.１０ＬＥＤ灯循环点亮示意图返回图１.１１程序流程图返回图１.１２μＶｉｓｉｏｎ４运行界面返回图１.１３工程设置窗口返回图１.１４ＴＯＯＬＳ.ｉｎｉ文件返回图１.１５Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０安装界面１返回图１.１６Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０安装界面２返回图１.１７Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０安装界面３返回图１.１８Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０安装界面４返回图１.１９Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０安装界面５返回图１.２０Ｐｒｏｔｅｕｓ８.０启动界面返回图１.２１ＰｒｏｔｅｕｓＩＳＩＳ开发界面返回图１.２２１.４节实验初始灯全亮时仿真截图返回图１.２３ＡＴ８９Ｃ５１加载程序截图返回图１.２４μＶｉｓｉｏｎ选择本机Ｐｒｏｔｅｕｓ仿真返回图１.２５Ｐｒｏｔｅｕｓ中选择远程调试功能返回图１.２６Ｐｒｏｔｅｕｓ和μＶｉｓｉｏｎ４联机调试界面返回图１.２７最小系统基本电路返回表１.１ＭＣＳ－５１单片机分类返回图１.２８８７５１单片机返回图１.２９８９Ｃ５１／８９Ｓ５１单片机返回谢谢观赏第２章５１单片机内部硬件基本结构和原理12433２.１ＣＰＵ单元２.２５１单片机存储器的配置２.３时序与复位２.４节电方式返回5２.５输入／输出端口２.１ＣＰＵ单元１.运算器运算器由可进行８位算术／逻辑运算的ＡＬＵ单元，８位的累加器ＡＣＣ，寄存器Ｂ，８位的暂存器１（ＴＭＰ１）、暂存器２（ＴＭＰ２）和程序状态寄存器ＰＳＷ组成。算术／逻辑运算单元ＡＬＵ：可对４位（半字节）、８位（１字节）和１６位（２字节）的数据进行加、减、乘、除、加１、减１、ＢＣＤ数十进制调整等算术运算，也可进行与、或、异或、求补、循环移位等逻辑操作。累加器ＡＣＣ：用于向ＡＬＵ提供操作数和存放运算结果。运算时将操作数经暂存器２（ＴＭＰ２）送至ＡＬＵ，与来自暂存器１（ＴＭＰ１）的操作数在ＡＬＵ中进行运算，运算结果又送回ＡＣＣ。下一页返回２.１ＣＰＵ单元此外，ＡＣＣ在５１单片机内部经常作为数据传送中转站，是微处理器中最繁忙的一个寄存器。在５１汇编指令中用助记符Ａ来表示。２.控制器控制器由指令寄存器ＩＲ、指令译码器ＩＤ和控制逻辑电路组成。指令寄存器ＩＲ：保存当前正在执行的一条指令，当执行一条指令时，先把指令从程序存储器（ＲＯＭ）中取到指令寄存器ＩＲ中。指令内容含操作码和地址码两部分，操作码送往指令译码器ＩＤ，形成相应的微操作控制信号；地址码送往操作数地址形成电路，形成实际操作数地址。上一页下一页返回２.１ＣＰＵ单元３.程序计数器ＰＣ程序计数器ＰＣ是一个１６位寄存器，由两个８位的计数器ＰＣＨ及ＰＣＬ组成（但ＰＣ不属于特殊功能寄存器ＳＦＲ的空间，其不可寻址）。程序运行过程中，ＣＰＵ把ＰＣ的内容作为地址，从程序存储器（ＲＯＭ）中取出指令码，取完后，ＰＣ内容自动加１。所以，ＰＣ实际上是程序的字节地址自动加１计数器，ＰＣ中的内容是将要执行的下一条指令的地址，改变ＰＣ的内容就可改变程序执行的方向。因此，在执行程序跳转或中断时，给ＰＣ置入新的地址即可，在子程序返回时，将断点处的下一个地址值置入ＰＣ就完成了中断返回功能。上一页返回２.２５１单片机存储器的配置在一般微机的存储器配置中，ＲＯＭ和ＲＡＭ可以随意安排在一个地址范围内，ＣＰＵ访问存储器时，其地址对应的存储器单元，可以是ＲＯＭ，也可以是ＲＡＭ，并不区分访问ＲＯＭ和ＲＡＭ类的指令，即用同类访问指令，此种存储器结构称为普林斯顿结构。从本节以后，将程序存储器简称为ＲＯＭ，数据存储器简称为ＲＡＭ，不再另外说明。２.２.１程序存储器ＲＯＭ空间ＲＯＭ用于存放编好的程序和表格常数。ＲＯＭ通过１６位程序计数器寻址，寻址能力为６４ＫＢ。这使得指令能在６４ＫＢ地址空间内任意跳转，但不能使程序从ＲＯＭ空间转移到ＲＡＭ空间。下一页返回２.２５１单片机存储器的配置当引脚ＥＡ接低电平（接地）时，５１单片机片内ＲＯＭ不起作用，ＣＰＵ只能从片外ＲＯＭ中取指令，地址可以从００００Ｈ开始编址。这种接法适用于８０３１单片机。由于８０３１片内不带ＲＯＭ，所以使用时必须使ＥＡ＝０，以便能够从片外扩展ＲＯＭ中读取指令。５１单片机从片内ＲＯＭ和片外ＲＯＭ取指令时，执行速度相同。５１单片机的ＲＯＭ配置如图２.２所示。ＲＯＭ低地址的４０多个单元是留给系统使用的，见表２.１。存储单元００００Ｈ～０００２Ｈ用作５１单片机上电复位后引导程序的存放单元。因为５１单片机上电复位后程序计数器的内容为００００Ｈ，所以ＣＰＵ总是从００００Ｈ开始执行程序。如果在这３个单元中存有转移指令，那么程序就被引导到转移指令指定的ＲＯＭ空间去执行。０００３Ｈ～００２ＡＨ单元均匀地分为５段，每段８字节，用作５个中断服务程序的入口。上一页下一页返回２.２５１单片机存储器的配置例如，当外部中断引脚ＩＮＴ０（Ｐ３.２）有效时，即引起中断申请，ＣＰＵ响应中断后自动将地址０００３Ｈ装入ＰＣ，程序就自动转向０００３Ｈ单元开始执行。如果事先在０００３Ｈ～０００ＡＨ存有引导（转移）指令，程序就被引导（转移）到指定的中断服务程序空间去执行。这里，０００３Ｈ称为中断矢量地址，相应５１单片机的５个中断矢量地址均可在表２.１中找到。当５１单片机片内４ＫＢＲＯＭ容量不够时，可选择８ＫＢ、１６ＫＢ、３２ＫＢ的８９Ｃ５２、８９Ｃ５４、８９Ｃ５８等单片机。但应尽量避免外扩ＲＯＭ空间而增加硬件的负担。在极特殊的情况２６下，才应外扩ＲＯＭ空间执行外部程序。执行外部程序时的硬件连接如图２.３所示。上一页下一页返回２.２５１单片机存储器的配置２.２.２数据存储器ＲＡＭ空间数据存储器ＲＡＭ用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。ＲＡＭ也分为片内和片外两大部分，即片内ＲＡＭ和片外ＲＡＭ。５１单片机片外ＲＡＭ为６４ＫＢ，地址从００００Ｈ～ＦＦＦＦＨ；片内存储器空间为２５６Ｂ，地址从００００Ｈ～００ＦＦＨ。１.片外ＲＡＭ如图２.２所示，片外ＲＡＭ与片内ＲＡＭ空间的低地址部分（００００Ｈ～００ＦＦＨ）是重叠的，５１单片机有ＭＯＶ和ＭＯＶＸ两种指令，用以区分片内、片外ＲＡＭ空间。片内ＲＡＭ使用ＭＯＶ指令，片外６４ＫＢＲＡＭ空间专门为ＭＯＶＸ指令（使引脚ＲＤ或ＷＲ信号有效）所用。上一页下一页返回２.２５１单片机存储器的配置图２.４所示是访问２ＫＢ片外ＲＡＭ时的硬件连接图。在这种情况下，ＣＰＵ执行片内ＲＯＭ中的指令（ＥＡ接ＶＣＣ）。Ｐ０口用作ＲＡＭ的地址／数据总线，Ｐ２口中的３位也作为ＲＡＭ的页面地址。访问片外ＲＡＭ期间，ＣＰＵ根据需要发送ＲＤ和ＷＲ信号。２.片内ＲＡＭ片内ＲＡＭ最大可寻址２５６个单元，它们又分为两部分：低１２８字节（００Ｈ～７ＦＨ）是真正的ＲＡＭ区；高１２８字节（８０Ｈ～ＦＦＨ）为特殊功能寄存器（ＳＦＲ）区。如图２.５所示。低１２８字节和高１２８字节ＲＡＭ中的配置及含义如图２.６和图２.７所示。上一页下一页返回２.２５１单片机存储器的配置００Ｈ～１ＦＨ地址安排为４组工作寄存器区，每组有８个工作寄存器（Ｒ０～Ｒ７），共占３２个单元，见表２.２。通过对程序状态字ＰＳＷ中ＲＳ１、ＲＳ０的设置，每组寄存器均可选作ＣＰＵ的当前工作寄存器组。若程序中并不需要４组，那么其余可用作一般ＲＡＭ单元。ＣＰＵ复位后，选中第０组寄存器为当前的工作寄存器。２）高１２８字节ＲＡＭ———特殊功能寄存器（ＳＦＲ）５１单片机片内高１２８字节ＲＡＭ中，有２１个特殊功能寄存器（ＳＦＲ），它们离散地分布在８０Ｈ～ＦＦＨ的ＲＡＭ空间中。这些特殊功能寄存器如图２.７所示。各ＳＦＲ的名称及含义如表２.３所示。在这２１个特殊功能寄存器中，１１个具有位寻址能力，其字节地址正好能被８整除，其地址分布见表２.３。在５１单片机中，寄存器只是ＣＰＵ里特定地址的数据存储器而已。若使用汇编编程，必须熟练掌握；若使用Ｃ语言编程，则不太重要。上一页下一页返回２.２５１单片机存储器的配置下面介绍部分特殊功能寄存器，其余将在后续章节中讲述。（１）累加器ＡＣＣ（Ｅ０Ｈ）。累加器ＡＣＣ是５１单片机最常用、最忙碌的８位特殊功能寄存器，许多指令的操作数取自ＡＣＣ，许多运算中间结果也存放于ＡＣＣ。在指令系统中用Ａ作为累加器ＡＣＣ的助记符。（２）寄存器Ｂ（Ｆ０Ｈ）。在乘、除指令中，用到了８位寄存器Ｂ。乘法指令的两个操作数分别取自Ａ和Ｂ，乘积高位存于Ｂ和低位存于Ａ两个８位寄存器中。除法指令中，Ａ中存放被除数，Ｂ中存放除数，商存放于Ａ，余数存放于Ｂ。上一页下一页返回２.２５１单片机存储器的配置（３）程序状态寄存器ＰＳＷ（Ｄ０Ｈ）。ＰＳＷ是一个８位特殊功能寄存器，它的各位包含了程序执行后的状态信息，供程序查询或判别之用。ＰＳＷ除有确定的字节地址（Ｄ０Ｈ）外，每一位均有位地址，各位的含义及其格式见表２.４。ＲＳ０和ＲＳ１（ＰＳＷ.３和ＰＳＷ.４）：工作寄存器组选择控制位。这两位的值可决定选择哪一组工作寄存器为当前工作寄存器组。通过用户用软件改变ＲＳ１和ＲＳ０值的组合，以切换当前选用的工作寄存器组，其组合关系见表２.５。５１单片机上电复位后，ＲＳ１＝ＲＳ０＝０，ＣＰＵ自动选择第０组为当前工作寄存器组。上一页下一页返回２.２５１单片机存储器的配置根据需要，可利用传送指令对ＰＳＷ整字节操作或用位操作指令改变ＲＳ１和ＲＳ０的状态，以切换当前工作寄存器组。这样的设置为程序中保护现场提供了方便。（４）堆栈指针ＳＰ（８１Ｈ）。堆栈指针ＳＰ为８位特殊功能寄存器，ＳＰ的内容可指向５１单片机片内００Ｈ～７ＦＨＲＡＭ的任何单元。系统复位后，ＳＰ初始化为０７Ｈ，即指向０７Ｈ的ＲＡＭ单元。５１单片机同一般微处理器一样，设有堆栈。在片内ＲＡＭ中专门开辟出来一个区域，数据的存取是以“后进先出”的结构方式处理数据。这种数据结构方式对于处理中断、调用子程序都非常方便。上一页下一页返回２.２５１单片机存储器的配置堆栈的操作有两种：一种叫数据压入（ＰＵＳＨ），另一种叫数据弹出（ＰＯＰ）。在图２.８中，假若有８个ＲＡＭ单元，每个单元都在其右面编有地址，栈顶由堆栈指针ＳＰ自动管理。每次进行压入或弹出操作以后，堆栈指针便自动调整以保持指示堆栈顶部的位置。这些操作可用图２.８说明。（５）数据指针ＤＰＴＲ（８３Ｈ，８２Ｈ）。ＤＰＴＲ是一个１６位的特殊功能寄存器，其高位字节寄存器用ＤＰＨ表示（地址８３Ｈ），低位字节寄存器用ＤＰＬ表示（地址８２Ｈ）。ＤＰＴＲ既可以作为一个１６位寄存器来处理，也可以作为两个独立的８位寄存器ＤＰＨ和ＤＰＬ使用。ＤＰＴＲ主要用于存放１６位地址，以便对６４ＫＢ片外ＲＡＭ作间接寻址。上一页下一页返回２.２５１单片机存储器的配置（６）Ｉ／Ｏ端口Ｐ０～Ｐ３（８０Ｈ，９０Ｈ，Ａ０Ｈ，Ｂ０Ｈ）。除上述２１个ＳＦＲ以外，还有一个１６位的ＰＣ，在２.１节中曾提到过，且不可寻址的。图２.９所示为各个ＳＦＲ所在的字节地址位置。空格部分为未来设计新型芯片可定义的ＳＦＲ位置。上一页返回２.３时序与复位２.３.１时序分析５１系列单片机与其他微机一样，从ＲＯＭ中取指令和执行指令过程中的各种微操作，都是按着节拍工作的。５１单片机片内有一个节拍发生器用来提供工作节拍，即片内的振荡脉冲电路。在５１系列单片机的１１１条指令里，除了执行乘法与除法指令需要４个机器周期外，其余指令都能在１个或２个机器周期执行完毕。尽管如此，有些指令的长度为１Ｂ，有些为２Ｂ，还有少数指令为３Ｂ。对于不同的指令，ＣＰＵ如何读取与执行呢？其工作时序如图２.１０所示。首先是地址锁存使能引脚ＡＬＥ，每个机器周期送出两个脉冲（分别是在Ｓ１及Ｓ４时），以锁存Ｐ０输出的地址（Ａ０～Ａ７），ＣＰＵ进行读取存储器的动作。对于不同的指令类型，其动作分别说明如下。下一页返回２.３时序与复位（１）１个机器周期、１Ｂ的指令，如ＣＬＲＣ指令，在Ｓ１时读取指令，在Ｓ６时执行完毕；而在Ｓ４时读取下条指令，但并不使用它，直到下个机器周期的Ｓ１时再重新读取下条指令。（２）１个机器周期、２Ｂ的指令，如ＩＮＣｄｉｒｅｃｔ指令，在Ｓ１时读取指令，在Ｓ４时读取第二个字节，在Ｓ６时执行完毕。在下个机器周期的Ｓ１时读取下条指令，以此类推。（３）２个机器周期、１Ｂ的指令，如ＲＥＴ指令，在Ｓ１时读取指令，而在Ｓ４及下个机器周期的Ｓ１、Ｓ４时分别读取下条指令，由于指令尚未执行完毕，所以这三个阶段的指令读取都会被放弃。直到第二个机器周期的Ｓ６，指令执行完毕后，ＣＰＵ才会在第三个机器周期的Ｓ１重新读取下条指令，才是有效的读取。上一页下一页返回２.３时序与复位（４）另外一种２个机器周期、１Ｂ的指令为存取外部存储器数据的指令，即ＭＯＶＸ指令。２.３.２时序单位５１单片机的基本时序定时单位有４个，即振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期，将它们分别介绍如下。（１）振荡周期：晶体振荡器的频率为ｆｏｓｃ，其倒数是晶振的振荡周期，为最小的时序单位。（２）状态周期：振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给片内ＣＰＵ的时钟周期。因此，状态周期也称时钟周期，其包含２个振荡周期。上一页下一页返回２.３时序与复位（３）机器周期（ＭＣ）：１个机器周期由６个状态周期即１２个振荡周期组成，是计算机执行一种基本操作的时间单位。（４）指令周期：执行一条指令所需的时间。一个指令周期含１～４个机器周期，依据指令不同而不同。４个时序单位从小到大依次是节拍（振荡脉冲周期，１／ｆｏｓｃ）、状态周期（时钟周期）、机器周期和指令周期，如图２.１１所示。上一页下一页返回２.３时序与复位２.３.３复位５１系列单片机与其他微处理器一样，在启动时都需要复位，使ＣＰＵ及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。如其中的功能之一是把ＰＣ初始化为００００Ｈ，使单片机从００００Ｈ单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也须按复位键重新启动。除ＰＣ之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表２.６所示，表中的符号意义如下：Ａ＝００Ｈ：表明累加器已被清０。ＰＳＷ＝００Ｈ：表明选寄存器０组为工作寄存器组。ＳＰ＝０７Ｈ：表明堆栈指针指向片内ＲＡＭ０７Ｈ字节单元，根据堆栈操作的先加后减法则，第一个被压入的数据被写入０８Ｈ单元中。上一页返回２.４节电方式图２.１２所示为实现这两种方式的内部电路。从图中可见，若ＩＤＬ＝０，则５１单片机将进入空闲运作方式。在这种方式下，振荡器仍继续运行，但ＩＤＬ封锁了去ＣＰＵ的“与”门，故ＣＰＵ此时得不到时钟信号。而中断、串行口和定时器等环节却仍在时钟控制下正常运行。掉电方式下（ＰＤ＝０），此时完全不提供时钟脉冲，振荡器冻结，功率损耗降至最低。图２.１２中，ＰＤ和ＩＤＬ均为ＰＣＯＮ中ＰＤ和ＩＤＬ触发器的Ｑ输出端。空闲方式和掉电方式是通过对ＳＦＲ中的ＰＣＯＮ（地址８７Ｈ）相应位置１而启动的，如图２.１３所示，其中各符号的名称和功能如下。返回２.５输入／输出端口２.５.１Ｐ０口Ｐ０为８位、可位寻址的输入／输出端口，图２.１４为其中一位的内部结构，其特点说明如下。（１）Ｐ０的８位皆为漏极开路输出（ＯｐｅｎＤｒａｉｎ，ＯＤ），每个引脚可驱动８个ＬＳ型ＴＴＬ负载。（２）Ｐ０内部无上拉电阻，执行输出功能时，外部必须接上拉电阻（１０ｋΩ即可）。（３）若要执行输入功能，必须先输出高电平“１”才能读取该口所连接的外部数据。（４）若系统连接外部存储器，则Ｐ０可作为地址总线（Ａ０～Ａ７）及数据总线（Ｄ０～Ｄ７）的复用引脚，此时内部具有上拉电阻，不用外接。下一页返回２.５输入／输出端口２.５.２Ｐ１口Ｐ１为８位、可位寻址的输入／输出端口，图２.１５为其中一位的内部结构，其特点说明如下。（１）Ｐ１内部具备约３０ｋΩ上拉电阻，执行输出功能时，无须连接外部上拉电阻。（２）Ｐ１的８位类似于漏极开路输出（ＯＤ），但已内接上拉电阻，每个引脚可驱动４个ＬＳ型ＴＴＬ负载。（３）若要执行输入功能，必须先输出高电平“１”才能读取该口所连接的外部数据。上一页下一页返回２.５输入／输出端口（４）若是８０５２／８０３２，则Ｐ１.０兼具Ｔｉｍｅｒ２的外部脉冲输入功能（即Ｔ２），Ｐ１.１兼具Ｔｉｍｅｒ２的捕捉／重新加载的触发输入功能（即Ｔ２ＥＸ）。（５）若是８９Ｓ５１／８９Ｓ５２，进行在线刻录（ＩＳＰ，在系统编程）时，其中的Ｐ１.５作为ＭＯＳＩ之用，Ｐ１.６作为ＭＩＳＯ之用，Ｐ１.７作为ＳＣＫ之用。２.５.３Ｐ２口Ｐ２为８位、可位寻址的输入／输出端口，图２.１６为其中一位的内部结构，Ｐ２的特点说明如下。上一页下一页返回２.５输入／输出端口２.５.４Ｐ３口Ｐ３为８位、可位寻址的输入／输出端口，图２.１７为其中一位的内部结构。Ｐ３的特点说明如下。（１）Ｐ３内部具备约３０ｋΩ上拉电阻，执行输出功能时，无须连接外部上拉电阻。（２）Ｐ３的８位类似于漏极开路输出（ＯＤ），但已内接上拉电阻，每个引脚可驱动４个ＬＳ型ＴＴＬ负载。（３）若要执行输入功能，必须先输出高电平“１”才能读取该口所连接的外部数据。（４）Ｐ３的８个引脚各有其他功能，如表２.７所示。上一页返回图２.１８９Ｃ５１内部逻辑结构图返回图２.２５１单片机存储器配置返回表２.１保留的存储单元返回图２.３访问片外ＲＯＭ的连接方法返回图２.４５１单片机外扩片外ＲＡＭ接法返回图２.５片内ＲＡＭ的配置返回图２.６低１２８字节ＲＡＭ区返回图２.７高１２８字节ＲＡＭ区返回表２.２工作寄存器地址表返回表２.３特殊功能寄存器地址表返回表２.３特殊功能寄存器地址表返回表２.４ＰＳＷ程序状态字返回表２.５ＲＳ０、ＲＳ１的组合关系返回图２.８堆栈的压入与弹出返回图２.９特殊功能寄存器ＳＦＲ的位置返回图２.１０时序分析返回图２.１１５１单片机各种周期的相互关系返回表２.６各特殊功能寄存器的复位值返回图２.１２空闲和掉电方式控制电路返回图２.１３电源控制寄存器ＰＣＯＮ返回图２.１４Ｐ０口内部一位结构电路图返回图２.１５Ｐ１口内部一位结构电路图返回图２.１６Ｐ２口内部一位结构电路图返回图２.１７Ｐ３口内部一位结构电路图返回表２.７Ｐ３口的引脚复用功能表返回谢谢观赏第３章５１单片机汇编指令系统与程序设计12433３.１汇编语言概述３.２指令格式和描述符号说明３.３寻址方式３.４指令系统返回56３.５伪指令３.６汇编与汇编程序设计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，人为查找指令代码表，逐个把助记符指令翻译成机器码，然后把得到的机器码程序（以十六进制数形式）输入到单片机开发软件中，并进行调试。由于手工汇编是按绝对地址进行定位的，所以，对于偏移量的计算和程序的修改有诸多不便。而且手工汇编十分复杂，很费时间，也很容易出错，因此，一般只有程序较小或工具有限时才使用。下一页返回３.６汇编与汇编程序设计在ＲＯＭ的００３０Ｈ处存放汇编后的十六进制为：７８０ＡＥ４２８Ｄ８ＦＤ８０ＦＥ。在ＫｅｉｌμＶｉｓｉｏｎ４中汇编后的截图如图３.７所示。３.６.２汇编程序设计１.顺序设计顺序程序设计既无分支，又无循环，按指令的先后顺序逐条执行。所谓表格是指程序中定义的一串常数。因为程序一般都固化在程序存储器（通常是只读存储器ＲＯＭ）中，因此可以说表格是预先定义在程序的数据区中，然后和程序一起固化在ＲＯＭ中的一串常数。上一页下一页返回３.６汇编与汇编程序设计２.分支程序设计分支程序设计是根据不同的条件选择不同的程序段来执行，它具有判断和选择能力。３.循环程序设计在程序设计中，经常需要控制一部分指令重复执行若干次，这种按某种规律重复执行的程序称为循环程序。３.６.３综合设计实验———可控灯汇编程序设计一、实验目的（１）掌握５１单片机汇编程序设计的综合编程方法。（２）进一步熟悉５１单片机Ｉ／Ｏ接口的使用方法。上一页下一页返回３.６汇编与汇编程序设计二、实验要求当按键Ｋ１～Ｋ４中的某个按键被按下后，对应的ＬＥＤ灯Ｄ１～Ｄ４亮１ｓ后熄灭。三、电路图信号灯电路如图３.８所示四、程序设计上一页返回表３.１寻址方式对应的存储空间和寄存器返回图３.１相对寻址示意图返回图３.２８位ＭＯＶ类指令数据传送关系返回图３.３字节交换操返回图３.４半字节交换操作返回表３.２算术运算指令对标志位的影响返回图３.５ＬＪＭＰ转移示意图返回图３.６ＡＪＭＰ转移示意图返回图３.７ＫｅｉｌμＶｉｓｉｏｎ４中目标码截图返回图３.８信号灯电路图返回谢谢观赏第４章５１单片机的Ｃ语言程序设计12433４.１Ｃ５１语言与汇编语言和标准Ｃ语言的区别４.２Ｃ５１程序的基本结构４.３数据类型４.４变量和Ｃ５１存储区域下一页第４章５１单片机的Ｃ语言程序设计5637４.５Ｃ５１对绝对地址的访问４.６指针４.７Ｃ５１函数返回４.１Ｃ５１语言与汇编语言和标准Ｃ语言的区别１.Ｃ语言与汇编语言的比较使用Ｃ语言进行单片机系统的开发，有着汇编语言编程所不具备的优势，主要体现在以下几个方面：（１）不需要了解单片机指令集，也不需