《单片机》.ppt

1、第3章 CPU MEM 时序、指令系统、汇编,2.3 中央处理器CPU （Central Processing Unit）,作用 运算 控制功能 组成 运算部件 控制部件,运算部件 控制部件 寄存器组,微机原理中的CPU的组成？,CPU,2.3.1 运算部件,组成： 算术逻辑单元ALU 累加器A、 寄存器B 暂存器TMP1和TMP2 程序状态寄存器PSW 布尔处理机组成的 作用 ： 实现数据的算术逻辑运算 位变量处理 数据传送操作。,程序状态字,作用 程序状态字寄存器PSW（8位）是一个标志寄存器, 它保存指令执行结果的特征信息, 以供程序查询和判别。 格式,PSW.7,PSW.0,PSW各位

2、定义,CY（PSW.7）进位标志位。 【硬件或软件】 AC（PSW.6）辅助进位（或称半进位）标志。【硬件】 F0（PSW.5）由用户定义的标志位。【软件】 RS1（PSW.4）、 RS0（PSW.3）工作寄存器组选择位。【软件】 OV（PSW.2）溢出标志位。 【硬件】 PSW.1未定义位。 P（PSW.0）奇偶标志位。【硬件】,2.3.2 控制部件及振荡器,组成 定时和控制电路 指令寄存器 译码器以及信息传送控制等部件。 微操作 一条指令的执行过程,振荡器,内部时钟方式 外部时钟方式,（a） 内部振荡器方式; （b） 外部振荡器方式,2.4 MCS51单片机存储器及存储空间,2.4.1 M

3、CS51单片机存储器分类 从物理结构上可分为: 从寻址空间分布可分为: 程序存储器、 内部数据存储器和外部数据存储器 从功能上可分为: 程序存储器、 内部数据存储器、 特殊功能寄存器、 位地址空间和外部数据存储器5大部分。,存储器寻址空间和编址,FFFFH,0000H,00H,FFH,FFFFH,0000H,程序存储器,内部数据存储器,外部数据存储器,存储器寻址空间有效条件,怎样用同样的地址找到位于不同存储器中的单元？,2.4.2 程序存储器,1. 程序存储器的编址 2. 程序运行的入口地址,程序存储器的编址,外部,程序运行的入口地址,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0013H

4、 AJMP INT Date: DB 12 MAIN: MOV R0,#0A0H MOV R2,#08H SETB IT1 SETB EA SETB EX1 MOV DPTR,#0FEF0H MOVX DPTR, A HERE:SJMP HERE,INT:MOVX A,DPTR ;读数据 MOV R0, A ;数据放进缓存单元 INC R0 ;指向下一缓存 INC DPTR ;指向下一通道 DJNZ R2,RTN ; 8 次未完就继续采集, ;已完就关中断、停采集 CLR EA CLR EX1 RETI RTN:MOVX DPTR,A;启动采集 RETI END,2.4.3 内部数据存储器,F

5、FFFH,0000H,00H,FFH,FFFFH,0000H,程序存储器,内部数据存储器,外部数据存储器,内部数据存储器的构成,RAM块 工作寄存器区 位寻址区 数据缓冲区 特殊功能寄存器（SFR）块组成,内部数据存储器编址,内部数据存储器,工作寄存器区,组成： 内部RAM块的00H1FH区, 共分4个组, 每组有8个工作寄存器R0R7, 共32个内部RAM单元。 组的选择 通过软件修改PSW中RS0和RS1两位的状态, 就可任选一个工作寄存器工作。 组的用途 使MCS51单片机具有快速现场保护功能, 对于提高程序的效率和响应中断的速度是很有利的。,工作寄存器区,工作寄存器区,位寻址区,什么是

6、位地址 范围 用户区(20H-2FH) SFR区(80H-FFH) 和字节地址的对应关系,和字节地址的对应关系,数据缓冲区,用途： 存放用户数据 范围： 30H7FH是数据缓冲区, 也即用户RAM区, 共80个单元。 MCS52子系列片内RAM有256个单元, 前两个的单元数与地址都和MCS51子系列一致。 用户RAM区从30HFFH, 共208个单元。,堆栈与堆栈指针,用途： 在程序实际运行中, 往往需要一个后进先出的RAM区, 在子程序调用、 中断服务处理等场合用以保护CPU的现场, 这种后进先出的缓冲区称为堆栈。 范围： 堆栈指针寄存器SP 大小 堆栈类型： 向上生长型,特殊功能寄存器S

7、FR块,用途 特殊功能寄存器SFR, 又称为专用寄存器。 它专用于控制、 管理单片机内算术逻辑部件、 并行I/O口锁存器、 串行口数据缓冲器、 定时器/计数器、 中断系统等功能模块的工作 SFR的地址空间 80HFFH。 寻址 寻址方式 位寻址 分类 内部功能的控制寄存器 和芯片引脚相关的寄存器,特殊功能寄存器SFR,特殊功能寄存器SFR,2.6.1 CPU时序,什么是时序 计算机在执行指令时, 通常将一条指令分解为若干基本的微操作, 这些微操作所对应的脉冲信号在时间上的先后次序称为计算机的时序 周期 振荡周期: 为单片机提供定时信号的振荡源的周期（晶振周期或外加振荡源周期）。 状态周期: 2

8、个振荡周期为1个状态周期, 用S表示。 机器周期: 1个机器周期含6个状态周期, 用S1、 S2、 、 S6表示, 共有12个节拍。 指令周期：它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。 每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成。MCS - 51 系统中, 有单周期指令、双周期指令和四周期指令。,例如:,外接晶振为12 MHz时, MCS51单片机的4个时间周期的具体值为: 振荡周期=1/12 s; 状态周期=1/6 s; 机器周期=1 s; 指令周期=14 s。,主要内容,3.1 MCS51单片机汇编语言与指令格式 3.2 寻址方式 3.3 MCS51单片机指令系统,3.1 MCS51单片

9、机汇编语言与指令格式,3.1.1机器语言 由于构成计算机的电子器件特性所决定, 计算机只能识别二进制代码。 这种以二进制代码来描述指令功能的语言, 称之为机器语言。 目标程序：用机器语言组成的程序, 称为目标程序。 特点：计算机就是按照机器语言的指令来完成各种功能操作的, 它具有程序简捷、 占用存储空间小、 执行速度快、 控制功能强等特点。,3.1.2 指令格式,MCS51单片机汇编语言指令的标准格式如下:,(1) 方括号 表示该项是可选项, 可有可无。 (2) 标号是用户设定的符号, 它实际代表该指令所在的地址。 标号必须以字母开头, 其后跟18个字母或数字, 并以“:”结尾。 (3) 操作

10、码是用英文缩写的指令功能助记符。 它确定了本条指令完成什么样的操作功能。 如: ADD表示加法操作。 任何一条指令都必须有该助记符项, 不得省略。 (4) 目的操作数提供操作的对象, 并指出一个目标地址, 表示操作结果存放单元的地址, 它与操作码之间必须以一个或几个空格分隔。 如上例中A表示操作对象是累加器A的内容, 并指出操作结果又回送A存放。 (5) 源操作数指出的是一个源地址（或立即数）, 表示操作的对象或操作数来自何处。 它与目的操作数之间要用“,”号隔开。 (6) 注释部分是在编写程序时, 为了增加程序的可读性, 由用户拟写对该条指令或该段程序功能的说明。 它以分号“;”开头, 可以

11、用中文、 英文或某些符号来表示, 显然它不存入计算机, 只出现在源程序中。,3.1.3 指令中常用符号,(1) Ri和Rn: R表示当前工作寄存器区中的工作寄存器, i表示0或1, 即R0和R1。 n表示07, 即R0R7, 当前工作寄存器的选定是由PSW的RS1和RS0位决定的。 MOV A , R0 MOV A , R6,(2) data: 表示立即数, data为8位常数。 data是指包含在指令中的8位立即数。 MOV A , data MOV A , #6AH,(3) data16: 包含在指令中的16位立即数。 MOV DPRT , data16 MOV DPRT , #0F1A2

12、H,(4) rel: 相对地址, 以补码形式表示的地址偏移量, 范围为-128+127, 主要用于无条件相对短转移指令SJMP和所有的条件转移指令中。 SJMP rel SJMP 2FH,(5) addr16: 16位目的地址。 目的地址可在全部程序存储器的64 KB空间范围内, 主要用于无条件长转移指令LJMP和子程序长调用指令LCALL中。 LJMP addr16 LJMP 2F00H,(6) addr11: 11位目的地址。 目的地址应与下条指令处于相同的2 KB程序存储器地址空间范围内, 主要用于绝对转移指令AJMP和子程序绝对调用指令ACALL指令中。 ACALL addr11 AC

13、ALL 1FFFH,(7) direct: 表示直接寻址的地址, 即8位内部数据存储器RAM的单元地址（0127/255), 或特殊功能寄存器SFR的地址。 对于SFR可直接用其名称来代替其直接地址。 MOV A , direct MOV A , 20H,(8) bit: 内部数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR中的可直接寻址位地址。 MOV C , bit MOV C , 20H,(9) : 间接寻址寄存器或基地址寄存器的前缀, 如Ri, DPTR, 表示寄存器间接寻址。 MOVX A , DPTR,(10) (X): 表示X中的内容。 (2001H)= 02H (2000H)=F0H,2

14、000H,2001H,(11) (X): 表示由X寻址的单元中的内容, 即(X)作地址, 该地址的内容用(X)表示。 (20H) = FCH,20H,21H,22H,(12) / 和符号: /表示对该位操作数取反, 但不影响该位的原值。 表示指令操作流程, 将箭头一方的内容, 送入箭头另一方的单元中去。,3.2 寻址方式,从寄存器中读取操作数或存放操作数进寄存器 例：MOV A，B ； （A） （B） MOV 30H，R0 ；（30H）（R0） MOV A，R1 ； （A） （R1）,寄存器寻址(P.45),操作数直接就出现在指令中 例：MOV A，#64H ；(A) 立即数 64H ADD

15、A，#05H ；(A)(A)+立即数 05H 注意：符号“#”表明其后跟的是立即数, 立即数就是数字量本身。,立即寻址(P.45),寄存器中的内容是一个地址，由该地址单元 寻址到所需的操作数,注意： 1）“间接”表示某寄存器中的“内容”只是一个“单元地址”，这个地址单元中存放的数据才是要找的“操作数”。 2）符号“”表示“在”，其含义与读音皆同“at”。,例：,MOV R1，#30H ;(R1) 立即数30H MOV R1，#0FH ;(30H)立即数0FH MOV A，R1 ;(A)(30H)=#0FH,寄存器间接寻址(P.46),指令中直接给出了操作数所在单元的地址或名称 例：MOV R1

16、，1FH ；(R1) （1FH） MOV 30H，4AH ；(30H)（4AH）,在本单片机中规定：访问特殊功能寄存器SFR只能采用直接寻址方式。例如： MOV A, SP ； (A) (SP) MOV A, 81H ； (A) (SP) MOV P1, #5AH ； (P1)(#5AH) MOV 90H,#5AH ； (P1)(#5AH) MOV B, 30H ； (B) (30H),SFR的地址见 P.33表,相同,相同,直接寻址(P.46),在本单片机中访问特殊功能寄存器SFR只能采用直接寻址方式的原因：SFR分布在80H0FFH范围内，而52系列单片机有256字节的片内RAM,其中的8

17、0H0FFH的RAM与SFR所占地址重叠。,MOV A, 90H 等效于 MOV A, P1 属直接寻址 MOV A, R0 ；事先已知 (R0) = #90H 执行的操作：A (90H) 属寄存器间接寻址, 随意写的指令如：MOV A, 85H 则是非法的！,于是规定： 80H0FFH范围内的RAM只能用寄存器间接寻址方式，而SFR只能用直接寻址方式。从而解决了地址冲突的问题。例如：,89C51片内RAM 128字节（00H7FH） 89C52片内RAM 256字节（00H0FFH）,00H,20H,2FH,7FH,1FH,30H,80H,FFH,52子系列才有 的RAM区,普通RAM区,位

18、寻址区,工作寄存器区,SFR分布在80H-FFH 其中92个位可位寻址,80H,FFH,89C51 128字节,89C52 256字节,只能直接寻址,只能寄存器间接寻址,存储器配置（片内RAM）,以16位的地址指针寄存器DPTR或 16位的PC寄存器为基址寄存器，以累加器 A 为变址寄存器，两者中的“内容”形成一个16位的“地址”，该“地址”所指的存储单元中的内容才是操作数。,P47例:设：A中已存有#A4H，DPTR中已存有#1234H MOVC A，A+DPTR；（A）(A)+(DPTR) 操作：将A4H+1234H=12D8H单元中的数放进累加器A,变址寻址（P.47）也称为: 基址寄存

19、器+变址寄存器间接寻址,当前PC值加上指令中规定的偏移量 rel，构成实际的操作数地址 例： SJMP rel 操作：跳转到的目的地址 = 当前16位PC值 + rel,注意： 1）“当前PC值”指程序中下一条指令所在的首地址， 是一个16位数； 2）符号“rel”表示“偏移量”,是一个带符号的单字 节数,范围是:-128+127(80H7FH),在实际编程中，“rel” 通常用标号代替,相对寻址(P.47),指令中直接给出了操作数所在的位地址。 例： CLR P1.0 ；(P1.0) 0 SETB ACC.7 ；(ACC.7) 1 CPL C ；( C ) NOT( C ),注意： 1）位地址里的