51单片机指令系统.docx

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51单片机指令系统

51单片机指令系统

（1）

第十九课：

汇编语言基础

所谓指令，就是规定计算机进行某种操作的命令。

计算机按程序一条一条地依次执行指令，从而完成指定任务。

一条指令只能完成有限的功能，为使计算机完成一定的或者复杂的功能，就需要一系列指令。

一般来说，一台计算机的指令越丰富，寻址方式越多，且每条指令的执行速度越快，则它的总体功能就越强。

程序设计语言：

机器语言

汇编语言

高级语言

我们学习的80C51单片机共有111条指令，这111条指令共有七种寻址方式。

其中：

数据传送类指令  29条

算术运算类指令  24条

逻辑运算及移位类指令  24条

控制转移类指令  17条

位操作指令      17条

这111条指令的具体功能我们在后面的课程中将会逐条的与大家进行分析。

由于计算机只能识别二进制数，所以计算机的指令均由二进制代码组成。

为了阅读和书写的方便，常把它写成十六进制形式，通常称这样的指令为机器指令。

现在一般的计算机都有几十甚至几百种指令。

显然即便用十六进制去书写和记忆也是不容易的，为了便于记忆和使用的方便，制造厂家对指令系统的每一条指令都给出了助记符。

助记符是根据机器指令不同的功能和操作对象来描述指令的符号。

由于助记符是用英文缩写来描述指令的特征，因此它不但便于记忆，也便于理解和分类。

这种用助记符形式来表示的机器指令称为汇编语言指令。

汇编语言有如下特点：

①助记符指令和机器指令一一对应，所以用汇编语言编写的程序效率高，占用存储空间小，运行速度快，因此汇编语言能编写出最优化的程序。

②使用汇编语言编程比使用高级语言困难。

因为汇编语言是面向计算机的，汇编语言的程序设计人员必须对计算机硬件有相当深入的了解。

③汇编语言能直接访问存储器及接口电路，也能处理中断，因此汇编语言程序能直接管理和控制硬件设备。

④汇编语言缺乏通用性，程序不易移植，各种计算机都有自己的汇编语言，不同计算机的汇编语言之间不能通用。

汇编指令的格式

MCS-51汇编语言的语句格式表示如下：

　　〔＜标号＞〕：

＜操作码＞〔＜操作数＞〕；〔＜注释＞〕

　　即一条汇编语句是由标号、操作码、操作数和注释四个部分所组成，其中方括号括起来的是可选择部分，可有可无，视需要而定。

指令通常两部份组成：

操作码、操作数

操作码：

是由助记符表示的字符串，操作码其实就是告诉我们这条指令是起什么样的一个功能，是加？

减？

传送？

还是控制？

等等。

操作数：

是指参加操作的数据或者是数据地址。

注释：

为了便于我们阅读程序，通常我们在指令的后面都会加上注释。

标号：

用来表示子程序名称或程序执行条件跳转时的程序跳转地址，实际上是表示一个地址值。

在80C51指令系统中，操作数可以是1、2、3个，也可以没有。

不同功能的指令，操作数作用也不同。

例如，传送类指令多数有两个操作数，写在左面的称为目的操作数（表示操作结果存放的单元地址），写在右面的称为源操作数（指出操作数的来源）。

操作码与操作数之间必须用空格分开，操作数与操作数之间必须用逗号“，”分开。

带方括号的项可有可无，称为可选项。

由指令格式可见，操作码是指令的核心，不可缺少。

例如一条传送指令的书写格式如为：

MOV  A,3AH  ；（3AH）A

它表示将3AH存储单元的内容送到累加器A中。

指令的长度

所谓指令的长度，就是描述一条指令所需要的字节数，用一个字节能描述的指令我们叫1字节指令，同理，用两个字节描述的叫2字节指令，用三个字节描述的指令就叫3字节指令。

在这里我们对80C51的111条指令进行了分类：

1字节指令共有49条

2字节指令共有45条

3字节指令共有17条

到底哪条指令是1字节、2字节或者3字节指令，在我们后面的指令表中都可以查阅到的。

这里有一个问题请大家引起注意，在前面的课程中，我们学习过指令计数器PC，PC是一个16位的计数器，那么这个指令计数器是怎样来计数的呢？

我们的指令有1字节、2字节、3字节指令。

是不是每执行一个字节，这个指令计数器PC就自动加1？

答案是错误的！

！

实际上，PC始终是跟踪着指令的，并不是以字节数来相加。

在我们存放程序的ROM中，是一个字节一个字节的向后执行，但程序计数器PC并不是每加一个字节就加1，它是对特定的某一条指令执行完了之后，相应的程序计数器PC才加1，那么这条指令可能是1个字节，也可能是2个或者3个字节。

这个大家要引起重视。

在学习指令系统时，先要了解某些符号的意义，现说明如下：

Rn        ：

当前选中的工作寄存器组R0-R7（n=0-7）。

它在片内数据存储器中的地址由PSW中的RS1和RS0确定，可以是00H-07H（第0组）、08H-0FH（第1组）、10H-17H（第2组）、18H-1FH（第3组）。

Ri        ：

当前选中的工作寄存器组中可作为地址指针的两个工作寄存器R0和R1（i=0或i=1）。

它在片内数据存储器中的地址由RS0及RS1确字，分别为00H、01H；08H、09H；10H、11H；18H、19H。

Direct    ：

8位片内RAM单元（包含SFR）的直接地址

#data    ：

代表指令中8位的常量数据

#data16  ：

代表指令中16位的常量数据

addr16    ：

LCALL与LJMP所使用的16位目的地址

addr11    ：

ACALL与AJMP所使用的11位目的地址

rel      ：

指程序遇条件跳跃时的相对地址，往前最多可以跳128个字节，往后最多可以跳127个字节。

bit      ：

特殊目的寄存器或内部数据RAM中可直接寻址的位。

@        ：

间接寻址方式中，表示间址寄存器的符号

/        ：

位操作指令中，表示对该位先取反再参与操作，但不影响该位原值。

X        ：

片内RAM的直接地址或寄存器

（X）    ：

在址接寻址方式中，表示直接地址X中的内容；在间接寻址方式中，表示由间址寄存器X指出的地址单元中的内容。

→      ：

指令操作流程，将箭头左边的内容送入箭头右边的单元内。

←      ：

指令操作流程，将箭头右边的内容送入箭头左边的单元内。

第二十课：

汇编语言及汇编过程

一、汇编程序功能

汇编指令与机器码指令有一一对应的关系。

汇编程序是一种翻译程序，将源程序翻译成目标程序。

二、汇编程序的汇编过程

汇编有两种方法：

手工汇编、机器汇编。

1、手工汇编：

第一次汇编：

确定地址，翻译成各条机器码，字符标号原样写出；

第二次汇编：

标号代真，将字符标号用所计算出的具体地址值或偏移量代换。

          源程序                地址          目标程序

                                      第一次汇编  第二次汇编

          ORG1000H    

  START:

  MOVR0，BUFFER-1      1000      A82F      A82F

          MOVR2，#00H          1002      7A00      7A00

          MOVA，@R0            1004        E6        E6

          MOVR3，A            1005        FB        FB

          INCR3                1006        0B        0B

          SJMPNEXT            1007      80NEXT    8005

  LOOP;  INCR0                1009        08        08  

          CJNE@R0，#44H，NEXT  100A      B644NEXT  B64401

          INCR2                100D        0A  0A  

  NEXT:

  DJNZR3，LOOP        100E      DBLOOP      DBF9

          MOVRESULT，R2        1010      8A2A      8A2A

          SJMP$                1012      80FE      80FE

  BUFFER  DATA30H      

  RESULT  DATA2AH      

          END

2、机器汇编

两次扫描过程。

第一次扫描：

检查语法错误，确定符号名字；

建立使用的全部符号名字表；

每一符号名字后跟一对应值（地址或数）。

第二次扫描：

是在第一次扫描基础上，将符号地址转换成真地址（代真）；

利用操作码表将助记符转换成相应的目标码。

第二十一课：

汇编程序的基本结构

程序编写做到：

占用存储空间少；

运行时间短；

程序的编制、调试及排错所需时间短；

结构清晰，易读、易于移植。

按结构化程序设计思想，任何复杂程序都可由顺序结构、分支结构、循环结构等构成。

如图1所示。

一、顺序程序举例

例1、设在外RAM的60H单元存有1个字节代码，要求将其分解成两个4位字段，高4位存入原单元的低4位，其低4位存入61H单元的低4位，且要求这两个单元的高4位均为0，试编制完整程序。

解：

字节分解：

核心指令  ANL

          ORL1000H

  MODE:

  MODE：

MOVR0，#60H

          MOVXA，@R0

          MOVB，A

          ANLA，#0F0H

          SWAPA

          MOVX@R0，A

          ANLB，#0FH

          MOVA，B

          INCR0

          MOVX@R0，A

          END

二、分支结构与分支程序设计

结构：

根据不同的条件，进行相应的处理。

通常用条件转移指令形成简单分支结构。

如：

判（A）=Z或NZ，转移

判（CY）=1或0，转移

判（bit）=1或0，转移

CJNE比较不相等转移

例3、设a存放在累加器A中，b存放在寄存器B中，要求按下式计算Y值，并将结果Y存于累加器A中，试编写程序。

解：

本题关键是判a是正数，还是负数；由ACC7便知。

          ORG1000H

      BR:

JBACC7，MINUS

          CLRC

          SUBBA，B

          SJMPDONE

  MINUS:

ADDA，B

    DONE:

SJMP＄

          END

例4、设有两个16位无符号数NA，NB分别存放在8031单片机内部RAM的40H、41H及50H、51H单元中，当NA>NB时，将内部RAM的42H单元清0；否则，将该单元置成全1，试编程。

解法I：

因为无16位数的比较指令，所以，只能用8位数的比较指令。

（画出流程框图）

          ORG2000H

    CMP:

MOVA，50H

          CJNEA，40H，CMP1

          MOVA，51H

          CJNEA，41H，CMP1

          SJMPNHIGHE

    CMP1:

JCHIGHE

  NHIGHE：

MOV42H，#0FFH

          SJMPDONE

  HIGHE:

MOV42H，#00H

    DONE:

SJMP＄

          END

上述程序中多次用到SJMP语句，该语句为无条件转移语句。

无条件语句应尽量少用，这样可使程序结构紧凑而易读，易理解。

解法II：

先假设NA>NB，再来判断是否NA≤NB

          ORG3000H

    CMP2:

MOVR0，#00H

          MOVA，50H

          CJNEA，40H，CMP3

          MOVA，51H

          CJNEA，41H，CMP3

          SJMPNHIGHE

    CMP3:

JCHIGHE

          NHIGHE:

MOVR0，#0FFH；不大于标志

  HIGHE:

MOV42H，R0

          SJMP＄

          END

循环结构不但使程序简练，而且大大节省存储空间。

循环程序包含四部分:

初始化部分

循环处理部分（主体）

循环控制部分（修改地址指针、修改变量、检测循环结束条件）

循环结束部分（对结果分析、处理，存放结果）

循环有:

单循环、多重循环。

循环次数已知，可用计数器控制循环次数；

循环次数未知，按问题条件控制循环是否结束。

一、单循环程序

1、循环次数是已知的程序

例1、已知片外RAM的10H单元存放8位二进制数，要求将其转移成相应的ASCII码，并以高位在前，低位在后的顺序，依次存放到片外RAM以11H为首地址的连续单元中，试编程。

解:

先将中间单元置成30H，然后判欲转换位是否为1，

若是，则将中间单元内容加1；否则，中间单元内容保持不变。

通过左移指令实现由高到低的顺序进行转换。

        ORG1000H    

  START:

MOVR2，#08H    ；循环计数初值（循环次数已知）

        MOVR0，#10H    ；地址指针初值

        MOVXA，@R0    ；取数

        MOVB，A        ；暂存B中

  LOOP:

MOVA，#30H    ；将中间单元（A）置成30H

        JNBB.7，NA    ；判断转换的二进制位为0否？

                        ；若是转NA

        INCA          ；1的ASCII码“31H”

    NA:

INCR0          ；修改地址指针

        MOVX@R0，A    ；存放转换的结果

        MOVA，B  

        RLA，B        ；作好准备，判断下一位

        MOVB，A        ；暂存

        DJNZR2，LOOP  ；判断转换结束否？

未完继续

        SJMP＄  

        END  

2）循环次数未知的程序

例2、设用户用键盘输入长度不超过100字节的字符串放在8031单片机外部RAM以20H为首地址的连续单元，该字符串用回车符CR（‘CR’=0DH）作为结束标志，要求统计此字符串的长度并存入内部RAM的1FH单元中。

解：

从首单元开始取数，每取一数判断其是否为‘CR’，是则结束。

        ORG1000H

  STADADATA20H

  SLANGDATA1FH

        MOVR0，#STADA-1

  CMCR2:

MOVB，#0FFH

        INCR0

  CRLOP:

INCB

        MOVXA，@R0

        CJNEA，#0DH，CRLOP

        MOVSLANG，B

        SJMP＄

        END

2、多重循环设计

循环体中还包含着一个或多个循环结构，即双重或多重循环。

例3、设8031使用12MHz晶振，试设计延迟100ms的延时程序。

解：

延时程序的延迟时间就是该程序的执行时间，通常采用MOV和DJNZ二指令。

T=12/fosc=12/（12×106）=1us

内循环延时：

（1+2×CTR）T=500us（假设）

则CTR=250

实际延时：

[1+2×250]×1us=501us

外循环延时：

T+（501+2T）×CTS=100ms=100000us

所以，CTS=198.8取199

实际延时：

[1+（501+2）×199]=1000.98ms

例4、设在8031内部RAM中存一无符号数的数组，其长度为100，起始地址是30H，要求将它们从大到小排序，排序后仍存放在原区域中，试编者按程。

这就是所畏的“冒泡法”。

实际上大多情况，用不到99次循环，排序就结束。

为了提高排序速度，程序中可设一交换标志位，如10H位，

每次循环中：

若有交换则SETB10H

若无交换则CLR10H

每次循环结束时，测10H位，判断排序是否结束。

          ORG1000H

          MOVR0，#30H

  BUBBLE:

MOVB，#64H

          CLR10H

          DECB

          MOVA，@R0          ；长度计数

    LOOP:

MOV20H，A          ；暂存，为交换作准备

          INCR0

          MOV21H，@R0

          CJNEA，21H，BUEU    ；若（20H）≠（21H）转移

          JNCBUNEXT          ；（20H）≥（21H）转移

    BUEU:

MOVA，@R0          ；若（20H）<（21H）则交换

          MOV@R0，20H

          DECR0              ；使R0退格指向小地址

          MOV@R0，A

          INCR0              ；恢复R0指向大地址

          SETB10H            ；置交换标志

          DJNZB，LOOP

  BUNEXT:

JB10H，BUBBLE      ；判断标志位为1否？

若为1，则继续

          END

第二十二课：

51单片机的寻址方式

学习汇编程序设计，要先了解CPU的各种寻址法，才能有效的掌握各个命令的用途，寻址法是命令运算码找操作数的方法。

指令的寻址方式MOVP1，#0FFH这条指令，第一个词MOV是命令动词，也就是决定做什么事情的，MOV是MOVE少写了一个E，所以就是“传递”，这就是指令，规定做什么事情，数据传递必须要有一个“源”也就是你要送什么数，必须要有一个“目的”，也就是你这个数要送到什么地方去，显然在上面那条指令中，要送的数（源）就是0FFH，而要送达的地方（目的地）就是P1这个寄存器。

寻址方式：

指定操作数所在单元的方法。

注意：

源操作数、目的操作数都有各自的寻址方式。

掌握指令的7种寻址方式的作用以及不同寻址方式所查询的存储空间及范围，对于常用的指令，能够给出指令的寻址方式。

在我们学习的8051单片机中，有7种寻址方法，下面我们将逐一进行分析。

立即寻址

所要找的操作数是一二进制数或十进制数，出现在指令中，用“#”作前缀

MOVA，#20H

在这种寻址方式中，指令多是双字节的，一般第一个字节是操作码，第二个字节是操作数。

该操作数直接参与操作，所以又称立即数，有“#”号表示。

立即数就是存放在程序存储器中的常数，换句话说就是操作数（立即数）是包含在指令字节中的。

例如：

MOV  A，#3AH

这条指令的指令代码为74H、3AH，是双字节指令，这条指令的功能是把立即数3AH送入累加器A中。

MOV  DPTR，#8200H

在前面学单片机的专用寄存器时，我们已学过，DPTR是一个16位的寄存器，它由DPH及DPL两个8位的寄存器组成。

这条指令的意思就是把立即数的高8位（即82H）送入DPH寄存器，把立即数的低8位（即00H）送入DPL寄存器。

这里也特别说明一下：

在80C51单片机的指令系统中，仅有一条指令的操作数是16位的立即数，其功能是向地址指针DPTR传送16位的地址，即把立即数的高8位送入DPH，低8位送入DPL。

直接寻址

指令中直接给出操作数的地址。

MOV    A，30H

MOV  30H，DPH

直接寻址方式是指在指令中操作数直接以单元地址的形式给出，也就是在这种寻址方式中，操作数项给出的是参加运算的操作数的地址，而不是操作数。

例如：

MOV  A，30H  

这条指令中操作数就在30H单元中，也就是30H是操作数的地址，并非操作数。

在80C51单片机中，直接地址只能用来表示特殊功能寄存器、内部数据存储器以及位地址空间，具体的说就是：

1、内部数据存储器RAM低128单元。

在指令中是以直接单元地址形式给出。

我们知道低128单元的地址是00H-7FH。

在指令中直接以单元地址形式给出这句话的意思就是这0-127共128位的任何一位，例如0位是以00H这个单元地址形式给出、1位就是以01H单元地址给出、127位就是以7FH形式给出。

2、位寻址区。

20H-2FH地址单元。

3、特殊功能寄存器。

专用寄存器除以单元地址形式给出外，还可以以寄存器符号形式给出。

例如下面我们分析的一条指令MOV  IE，#85H前面的学习我们已知道，中断允许寄存器IE的地址是80H，那么也就是这条指令可以以MOV  IE，#85H的形式表述，也可以MOV  80H，#85H的形式表述。

关于数据存储器RAM的内部情况，请查看我们课程的第十二课。

直接寻址是唯一能访问特殊功能寄存器的寻址方式！

大家来分析下面几条指令：

MOV  65H，A      ；将A的内容送入内部RAM的65H单元地址中

MOV  A，direct    ；将直接地址单元的内容送入A中

MOV  direct,direct；将直接地址单元的内容送直接地址单元

MOV  IE,#85H      ；将立即数85H送入中断允许寄存器IE

前面我们已学过，数据前面加了“#”的，表示后面的数是立即数（如#85H，就表示85H就是一个立即数），数据前面没有加“#”号的