Lecture 4 (8051 Instruction Set)_Chinese Rv01

1、第四讲,8051 指令集,8051 指令集,导言 CIP-51 结构和存储器组织概览 寻址方式 寄存器寻址 直接寻址 间接寻址 立即数寻址 相对寻址 绝对寻址 长寻址 索引寻址 指令类型 算术操作 逻辑操作 数据传送指令 布尔变量指令 编程分支指令,CIP-51 体系结构浏览,导言,计算机指令是由一个操作码与0，1，或者2字节的操作数组成的 操作码用来识别操作的类型,操作数用来识别源数据和目的数据 操作数可以是: 数据值 一个CPU 寄存器 一个存储单元 一个 I/O 口 如果指令和多于一个的操作数相关时，格式经常如下： 指令 目的操作数, 源操作数,存储器组织,C8051F020的存储器与标

2、准的8051相似 程序和数据储存使用同一寻址空间，但通过不同指令类型访问,内部数据储存器,特殊功能寄存器,寻址模式,C8051F020有8个不同的寻址模式 不同寻址模式决定了操作数字节被选择的方式,* 与程序分支指令相关,寄存器寻址,寄存器寻址指令包含了寄存器间的信息传递 举例: MOVR0, A 这条指令将累加器A的内容传给寄存器R0.在执行此指令前必须要指定寄存器分区(分区0,1,2,3),直接寻址,这种方式允许用户指定操作数,这个操作数可以是它的实际存储地址(一般用16进制数指定)或它的缩写名称(例如:P3) 注意: SFR的缩写是在 “C8051F020.inc” 头文件中定义的 例子

3、: MOVA, P3;将P3的内容传给累加器 MOV A, 020H;将RAM中20H的内容传给累加器,间接寻址,这种方式是使用一个指针保存操作数的有效地址 只有寄存器R0, R1 和 DPTR 可以用于指针寄存器 R0 和 R1 保存的是8位地址,而DPTR可以保存16位地址 例子: MOVR0,A;将累加器A的内容保存到R0寄存器所指向的地 ;址,R0存储的是8位地址,比如:60H MOVXA,DPTR;将DPTR所指向地址的内容保存到累加器A中 ;DPTR存储的是16位地址,比如: 1234H.,立即数寻址,这种方式是使用8位或16位的常数作为源操作数 这个常量是在指令中指定,而不是一个

4、寄存器或一个存储单元 目的寄存器的数据长度要与源操作数的长度是一致的. Examples: ADD A,#030H;将30H写到A累加器中(8位寄存器) MOV DPTR,#0FE00H;将16位的数据FE00H写到16位的数据指 ;针DPTR中.,相对寻址,这种寻址方式主要用于跳转指令,比如SJMP(短跳转)和条件跳转(JNZ) 这些指令实现程序的相对转移 由于使用的是8位偏移地址,所以目的地址的范围是以当前指令所在地址的-128 到 +127 字节范围内 例如: GoBack:DECA; A减1 JNZGoBack;如果A不为0, 跳到GoBack,绝对寻址,与这种方式寻址的两条相关指令是

5、ACALL 和 AJMP指令 这是2字节的指令,由操作数指定11位的绝对地址 16位PC地址的高5位没有被修改.低11位地址由这条指令给出. 因此, 分支地址必须在当前地址的2K字节范围内 (211 = 2048) 例子: ACALLPORT_INIT;PORT_INIT应在2K字节内. PORT_INIT: MOV P0, #0FH;PORT_INIT 子程序,长寻址,这种寻址方式主要用于LCALL 和 LJMP指令 这是3字节的指令,后2个字节指定了程序分支的16位目的地址 它的寻址范围是64 K 程序空间 无论当前程序在哪里,程序将总是跳到分支处执行 举例: LCALL TIMER_IN

6、IT;TIMER_INIT是由操作数指定的16位地址 ;在C语言中,这是函数调用Timer_Init(). TIMER_INIT: ORL TMOD,#01H;TIMER_INIT 子程序,索引寻址,索引寻址方式在使用查表方法查找数据时是很有用的. 16位寄存器(数据指针)保存基地址,累加器A保存8位的索引偏移地址 这两个寄存器的和组成有效的地址提供给JMP 或 MOVC指令 例子: MOVA,#08H;表启始的偏移地址 MOVDPTR,#01F00H;表的启始地址 MOVCA,A+DPTR;从表基地址+偏移地址处取数据放到A中. 执行完上面的指令,程序将从地址1F08H (1F00H+08H

7、) 处取数并放到累加器中(从查询表中),指令类型,C8051F020的指令按功能可以分为以下5类: 算术运算 逻辑运算 数据传送指令 布尔操作指令 控制转移类指令,算术运算,对于算术运算指令, C8051F020没有特殊的数据格式 (e.g. 有符号二进制数,无符号二进制数,二进制编码的十进制数, ASCII码, 等.) 当满足条件时,PSW中的相应状态位会被置位.这可以使用户采用软件的方式管理不同的数据格式,Ri 是指R0或R1所指向地址的内容 Rn 是指当前所选择的寄存器分页中的R0-R7,逻辑运算,逻辑指令对数据按位进行布尔操作 (AND, OR, XOR, 和 NOT) 例子: ANL

8、A, #02H;Mask bit 1 ORLTCON, A;TCON=TCON-OR-A,数据传送指令,数据传送指令可以不通过累加器实现内部RAM与SFR之间的数据传送 也可以使用间接寻址的方法实现内部RAM与外部RAM的数据传送 高128字节的RAM只能使用间接寻址方式访问, SFRs只能通过直接寻址方式访问,布尔操作指令,C8051F020处理器可以执行单位的操作 布尔操作包括: set, clear, and, or 和 取补指令 同时也包括位传送和条件跳转指令 所有位的访问是使用的直接寻址方式 例子: SETBTR0;Start Timer0. POLL:JNBTR0, POLL;Wa

9、it till timer overflows.,控制转移类指令,程序转移指令是用于控制程序执行的流程 一些指令在转移前提供了条件判断功能(条件跳转),附录,8051 指令,算术运算,Ri 是指R0或R1所指向地址的内容 Rn 是指当前所选择的寄存器分页中的R0-R7,ADDA, ADDC A,ADD 将源操作数所指定的数据与累加器相加,结果保存到累加器中 ADDC将源操作数所指定的数据与进位标志和累加器相加,结果保存到累加器中 ADD 和 ADDC 两条指令的操作都会影响到进位标志 (CY), 辅助进位标志 (AC) 和溢出标志 (OV) CY=1 第7位有进位; 否则清0 AC =1 低4

10、位有进位,例如:从第3位进位.否则清 OV=1如果有符号数的结果不能用目的操作数的数据位内表达时溢 出.否则清0,SUBB A,SUBB 从A中减去进位标志和指定的数据字节, 结果保存到A中 CY=1 如果第7位有借位,则CY置1；否则清0 AC =1 如果第3位有借位,则CY置1；否则清0 OV=1如果第7位和第6位中有一位需要借位,而另一个不需要借位,则OV置 1；否则清0 例子: A保存数据 0C1H (11000001B), 寄存器1保存数据 40H (01000000B) 和e CY=1. SUBBA, R1 结果70H (01110000B)保存在A中, 同时 CY=0 ,AC=0

11、 但 OV=1,INC,将数据变量加1.这条指令用于寄存器,直接或寄存器直接寻址方式 例子: INC6FH 如果内部RAM的6FH地址的内容是 30H, 这条指令将这个值加, 结果31H保存到6FH中 例子: MOVR1, #5EINCR1INCR1 如果R1=5E (01011110) ,内部RAM地址5FH的内容是20H, 这条指令将5FH存储到R1,同时将5FH的内容加1为21H,DEC ,数据变量减1 指令用于累加器,寄存器,直接或寄存器直接寻址方式 数据00H在执行此操作后下溢为FFH 不影响各个标志位,INCDPTR,16位数据指针加 1 DPTR是唯一的一个可以执行此操作的16位

12、寄存器 这条指令直接将DPTR的内容加1,MUL AB,将 A 与 B中的两个数相乘,16位的 B15-8, A7-0 将A和B中的两个8位无符号数相乘. 16位的结果的低8位保存在A中,高8位地址保存在B寄存器中 如果结果大于255 (FFH), 溢出标志被置1; 否则溢出标志清0.进位标志总是清0. 如果ACC=85 (55H) 和 B=23 (17H),这条指令的结果 1955 (07A3H), 所以 B 为07H累加器A为A3H. 溢出标志被置位进位标志被清0.,DIV AB,A除以B 商的整数部分存储在A中,余数存储在B寄存器中 如果 ACC=90 (5AH) 和 B=05(05H)

13、, 由于 90/5 = 18 (商) 和 00 (余数),所以指令的结果18 (12H) 保存在 ACC中B中保存的值为 00 (00H), 进位与溢出标志都被清0 如果在执行除操作前B中保存00H, 那么保存在ACC与B中的数据是不确定的,溢出标志被置 1.进位标志被清0,DA A,这是二-十进制调整指令 这条指令是将ADD或ADDC的存储在ACC中的结果调整为两个4位数据(压缩BCD码) 效率高, 这条指令根据ACC的原始数据和PSW的状态,决定对A进行加00H, 06H, 60H 或 66H的操作 如果 ACC位A3-0 大于9 (xxxx1010-xxxx1111), 或如果AC=1,

14、 那么6被加到ACC,以将ACC的低位调整为正确的BCD码 如果CY=1, 因为高位A7-4 大于9 (1010 xxxx-1111xxxx), 那么高位将加6以将ACC的高位调整为正确的BCD码,但不清进位标志,逻辑操作,逻辑指令对数据按位执行布尔操作 (AND, OR, XOR, 和 NOT),ANL,这条指令是对源操作数与目的操作数执行的逻辑”与”操作,结果保存在目的变量中 不影响标志位 例子:ANLA,R2 如果 ACC=D3H (11010011) 和 R2=75H (01110101), 执行这条指令的结果是ACC=51H (01010001) 当需要屏蔽一个字节时,下面的指令就很

15、有用了 例子:ANLP1,#10111001B,ORL,这条指令是对源操作数与目的操作数执行的逻辑”或”操作,结果保存在目的变量中 不影响标志位 例子: ORLA,R2 如果 ACC=D3H (11010011) 和 R2=75H (01110101),执行这条指令的结果是 ACC=F7H (11110111) 例子: ORLP1,#11000010B 这条指令将端口1的位7,6,1输出为1,XRL,这条指令是对源操作数与目的操作数执行的逻辑”异或”操作,结果保存在目的变量中 不影响标志位 例子: XRLA,R0 如果 ACC=C3H (11000011) 和 R0=AAH (10101010

16、), 执行这条指令的结果为ACC=69H (01101001) 例子: XRLP1,#00110001 这条指令对端口1的位5,4和0位取反,CLR A 和 CPL A,CLR A 这条指令清0累加器 (所有位设置为0) 不影响标志位 如果 ACC=C3H, 执行这条指令后ACC=00H,CPL A 对累加器的内容逐位取反(每一位的反) 不影响标志位 如果 ACC=C3H (11000011),执行此指令的结果为 ACC=3CH (00111100),RL A,将累加器的内容逐位循环左移一位.位7的内容移到位0中. 不影响标志位 如果 ACC=C3H (11000011), 执行此指令后的结果

17、为ACC=87H (10000111) 不影响进位标志位,RLC A,将累加器的内容和进位标志位一起循环左移一位. 累加器位7的内容移入进位标志位,进位标志位的内容移到位0 不影响除进位标志位外的其它位 如果 ACC=C3H (11000011), 进位标志位为1, 执行此指令的结果为ACC=87H (10000111) 同时进位标志位置1,RR A,将累加器的内容逐位循环右移一位.位0的内容移到位7中. 不影响标志位 如果 ACC=C3H (11000011), 执行此指令后的结果为ACC=E1H (11100001)不影响进位标志位,RRC A,将累加器的内容和进位标志位一起循环右移一位.

18、 累加器位0的内容移入进位标志位,进位标志位的内容移到位7 不影响除进位标志位外的其它位 如果 ACC=C3H (11000011), 进位标志位为0, 执行此指令的结果为ACC=61H (01100001)同时进位标志位置1,SWAP A,这条指令是将累加器ACC的低4位(A3-0)与高4位(A7-4)的内容互换 这条指令可以理解为一个4位的移位指令 不影响标志位 如果 ACC=C3H (11000011), 执行此指令后的结果为ACC=3CH (00111100),数据传送指令,数据传送指令可以实现不通过累加器的内部RAM与SFR之间的数据传送 也可以实现间接寻址方式的内部RAM与外部RA

19、M的数据传送 高128字节的RAM只能通过间接寻址方式访问,SFRs只能通过直接寻址方式访问,数据传送指令,MOV ,这条指令的功能是把源字节的内容送到目的字节 源字节的内容不变,也不影响其它寄存器和标志 例子:MOVR1,#60;R1=60H MOVA,R1;A=60H MOVR2,#61;R2=61H ADDA,R2;A=A+61H MOVR7,A;R7=A 如果内部RAM中60H=10H, 和 61H=20H, 执行此指令后的结果为R7=A=30H. 60H与61H地址的内容不变.,MOV DPTR, #data 16,这条指令将16位的常数传送给数据指针,不影响标志位 例子: MOVD

20、PTR,#1032 这条指令实现将数据1032H 传送给数据指针, DPH=10H 和 DPL=32H.,MOVC A,A + ,这条指令将程序存储器中的代码值移到累加器ACC中 读取字节的有效地址是8位累加器的内容与基址的和,基址可以是数据指针 (DPTR) 也可以是程序指针 (PC) 16位的地址相加不影响标志位 这条指令用于在程序存储器中查表 If the PC is used, it is incremented to the address of the following instruction before being added to the ACC Example: CLRA

21、 LOC1:INCA MOVC A,A + PC RET Look_upDB10H DB20H DB30H DB40H 这段子程序读取用DB(定义字节)伪指令定义的4个值中的一个,并送给累加器 执行完这段子程序的操作后ACC=20H,MOVX ,这条指令在ACC与外部数据存储器的一个字节之间传送数据 这条指令有两种类型,它们的唯一区别是:是使用8位还是16位的间接地址访问外部数据存储器 8位的MOVX指令使用特殊功能寄存器EMI0CN确定高8位的有效地址,R0或R1的内容确定低8位的访问地址 例子: MOVEMI0CN,#10H;高位地址装载到EMI0CN. MOVR0,#34H;低位地址装载

22、到R0(或R1) MOVXA,R0;将1034H单元的内容传给ACC,MOVX ,16位的MOVX指令通过访问DPTR寄存器所指向的外部存储器的内容 例子: MOVDPTR,#1034H;加载16位的地址(1034H). MOVX A,DPTR;将1034H的内容传给ACC. 上面的指令使用立即数寻址指令MOV DPTR 设置DPTR的内容 DPTR也可以通过访问DPTR的高8位特殊功能寄存器DPH,和DPTR的低8位特殊功能寄存器DPL的方式访问,PUSH Direct,这条指令将堆栈指针(SP)加1 Direct的内容可以是内部存储器的地址或SFR,它们被复制到堆栈指针所指向的内部RAM的

23、地址内 不影响标志位 例子: PUSH22H PUSH23H SP的初始地址为4FH,内部RAM中22H与23H的内容分别是11H 和 12H . 执行完上面的指令后, SP=51H, 内部RAM中50H 笔 51H分别保存 11H 和.,POPDirect,这条指令读取堆栈指针(SP)所指向的地址的内容并将堆栈指针(SP)减. 被 读取的数据被送入Direct所指向的地址,它可以是内部存储器或SFR.不影响标志位. 例子: POPDPH POPDPL 如果 SP=51H内部RAM的地址 4FH, 50H 和 51H 中的内容分别为30H, 11H 和 12H, 执行上面的指令后SP=4FH

24、和 DPTR=1211H POPSP 如果继续执行上面的指令, 那么 SP=30H. 在这种情况下, SP在加载弹出的(30H) 之前首先减到4EH,XCH A,这条指令是将ACC的内容与源操作数的内容互换 例子: XCHA,R0 假设 R0=2EH, ACC=F3H (11110011) 同时内部RAM地址2EH的值为2EH=76H (01110110). 上面指令执行的结果为2EH=F3H 和 ACC=76H.,XCHD A,Ri,这条指令是将Ri间接寻址单元的低4位内容与累加器ACC的低4位内容互换 它们的高4位的内容(位7-4)保持不变 不影响标志位 例子: XCHDA,R0 如果 R

25、0=2EH, ACC=76H (01110110) 内部RAM的内容2EH=F3H (11110011), 执行上面指令的结果为2EH=F6H (11110110) 和ACC=73H (01110011),逻辑运算指令,C8051F020处理器可以执行单位的操作 逻辑运算指令包括:置位,清0,与,或和取反 也包括移位与条件跳转指令 所有的位是通过直接寻址方式访问,CLR,清0指令(复位为0)清除指令中的指定位 不影响标志位 CLR 指令可以清除进位标志位及所有可以直接寻址的位 例子: CLRP2.7 如果 Port 2 已经写入DCH (11011100), 执行此操作后端口的值为5CH (0

26、1011100),SETB ,这条指令将指定位置1 SETB指令可以操作进位标志位和所有可直接寻址的位 不影响其它标志 例子: SETBC SETBP2.0 如果进位标志已经清除和端口2的值为24H (00100100), 执行上面的指令后进位标志位被置1,端口2的值更新为25H (00100101),CPL,此指令对操作数中的位取反 不影响标志位 CPL指令可以操作进位标志及所有可直接寻址的位 例子: CPLP2.1 CPLP2.2 如果端口2的值在执行上面的指令前为 53H (01010011), 则执行上面的指令后端口的值被置为55H (01010101),ANLC, ,这条指令将位地址

27、与进位标志位”与”操作,并将结果保存在进位标志位 如果源操作数的位是0,那么这条指令清除进位标志位；否则进位标志位保持原值不变 如果在源操作数的位前加斜线,则源操作数为源操作数的取反,但源操作数的位不变 不影响标志位 例子: MOVC,P2.0;将P2.0的状态装入C ANLC,P2.7;进位标志与P2的第7位”与”操作 MOVP2.1,C;将C传送给P2的位1 ANLC,/OV;”与”OV标志的反. 如果 P2.0=1, P2.7=0 和 OV=0, 执行上面的指令后P2.1=0, CY=0 和OV的值不变 OV=0,ORLC, ,这条指令将位地址与进位标志位”或”操作,并将结果保存在进位标

28、志位This 如果源操作数的位是1,那么这条指令置位进位标志位；否则进位标志位保持原值不变 如果在源操作数的位前加斜线,则源操作数为源操作数的取反,但源操作数的位不变 不影响标志位 例子: MOVC,P2.0;将P2.0的状态装入C ORLC,P2.7;进位标志与P2的第7位”或”操作 MOVP2.1,C;将C传送给P2的位1 ORLC,/OV;”或”OV标志的反.,MOV ,这条指令是将源操作位的内容送到目的操作位 两个操作数必须有一个进位标志位,另外一个可以是任何一个可寻址位 不影响其它寄存器或标志位 例子: MOVP2.3,C MOVC,P3.3 MOVP2.0,C 如果 P2=C5H

29、(11000101), P3.3=0 和 CY=1, 执行上面的指令后, P2=CCH (11001100) 和 CY=0.,JC rel,这条指令的功能是如果进位标志位为1则跳转到标号对应的地址,否则程序继续执行下一条指令 不影响标志位 例子: CLRC SUBBA,R0 JCARRAY1 MOVA,#20H 首先清除进位标志位. 执行完SUBB 指令后,如果A的值小于,则这条指令置位进位标志位同时程序跳转到ARRAY1的地址,否则继续执行MOV指令,JNCrel,这条指令的功能是如果进位标志位没有置1则跳转到标号对应的地址,否则程序继续执行下一条指令 不影响标志位.也不修改进位标志位. 例

30、子: CLRC SUBBA,R0 JNCARRAY2 MOVA,#20H 在上面的指令中如果A的值大于R0则跳转到ARRAY2,否则继续执行MOV指令.,JB ,rel,这条指令的功能是如果目的位为1则跳转到rel指定的地址,否则继续执行下一条指令 不影响标志位. 被检测位没有被修改 例子: JBACC.7,ARRAY1 JBP1.2,ARRAY2 如果累加器的值是01001010 和 端口 1=57H (01010111), 执行上面的指令将使程序跳转到ARRAY2,JNB,rel,这条指令的功能是如果目的位为0则跳转到rel指定的地址,否则继续执行下一条指令 不影响标志位. 被检测位没有被

31、修改 例子: JNBACC.6,ARRAY1 JNBP1.3,ARRAY2 如果累加器的值是01001010和 端口 1=57H (01010111),执行上面的指令将使程序跳转到ARRAY2,JBC,rel,如果源操作数的位是1,这条指令清除源操作数并跳转到rel指定的地址 如果被检测位已经是0则不修改此位,不影响标志位 例子: JBCP1.3,ARRAY1 JBCP1.2,ARRAY2 如果 P1=56H (01010110), 上面的指令将使程序跳转到ARRAY2, 并将P1修改为52H (01010010),控制转移指令,程序跳转指令用于程序的流程控制 一些指令提供了条件判断 跳转,例

32、如条件跳转和无条件跳转,ACALL addr11,这条指令无条件调用给出地址处的子程序 这条指令使PC指针加2,并将16位的PC指针压入堆栈(低字节在前)同时堆栈指针加2 PC指针指向addr11所给出的地址,程序从新地址开始执行 所以被调用的子程序必须在同一个2K区域内 不影响标志位 例子: ACALLLOC_SUB 如果 SP=07H标号 “LOC_SUB”在程序存储器的 0567H地址处, 执行此指令是在0230H地址处, 执行此指令后SP=09H,内部RAM的地址 08H 和 09H 的内容分别是32H和 02H PC指针为PC=0567H,LCALL addr16,这条指令调用给出地

33、址处的子程序 执行此指令将使PC 加3, 并将16位的PC指针压入堆栈 (低字节在前),堆栈指针加2 PC指针指向addr16所给出的地址,程序从新地址开始执行 由于这是长调用, 所以子程序可以是64K程序范围内的任一地址 不影响标志位 例子: LCALLLOC_SUB 如果, SP=07H 和标号 “LOC_SUB”在程序存储器的 2034H地址处. 执行此指令的程序位于0230H地址处,执行此指令后SP=09H, 内部RAM地址08H 和 09H 的内容分别是33H 和02H 同时 PC=2034H,RET,这条指令从一个子程序处返回 RET指令从堆栈中弹出PC指针的高字节与低字节,同时S

34、P减去2 这条指令的执行将导致程序恢复到“CALL”指令的下一条指令处 不影响标志位 假设 SP=0BH 而且内部RAM的地址为0AH与0BH的内容分别为30H和02H. 执行此指令的结果是SP=09H 程序将继续从0230H处开始执行,RETI,这条指令将程序从中断子程序中返回 RETI 从堆栈中将PC的高字节与低字节地址弹出,同时恢复中断逻辑以接收其它的中断 SP指针减2,其它寄存器不受影响,然而,PSW不能自动恢复中断前的状态 执行完RETI, 程序将立即恢复到中断产生前的下一条指令 假设 SP=0BH ,程序在执行到0213H处时检测到一个中断 内部RAM位于0AH和0BH地址的内容分

35、别是14H和02H RETI指令将使 SP=09H,程序从0234H处重新开始执行,AJMP addr11,AJMP指令将程序跳转到目的地址,此地址是短范围内的绝对地址(短范围是指11位地址) 因此目的地址必须在2KB的范围内 例子: AJMPNEAR 如果标号NEAR位于程序存储器的 0120H, AJMP指令位于 0234H,上面的指令将PC的值改变为 0120H,LJMP addr16,LJMP指令是将程序跳转到目的地址,目的地址定位是绝对长范围的距离内 (长范围是指16位的地址) 所以目的地址可以是全部64 kB 程序存储空间内的任何一个地址 不影响标志位 例子: LJMPFAR_ADR 如果标号FAR_ADR 是位于程序存储器的3456H, LJMP 指令位于0120H处,执行上面的指令后PC的值为 3456H,SJMP rel,这是短跳转指令,它先将PC的指针加2然后再上rel (有符号8位)相应的值,并将结果传给PC 这是程序无条件跳转的新地址 因此, 以此指令为基址的目的地址的范围是从-128 到 +127 例子: SJMPR