第3章指令系统.docx

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第3章指令系统

第3章指令系统

一、教学要求：

了解：

单片机的寻址方式和指令系统功能，特别是其位寻址功能。

掌握：

各种寻址方式，常用指令的功能和使用方法及汇编语言程序设计方法。

注意几个中断入口地址在程序存储器中的位置，注意16位数据指针DPTR和两个8位数据R0、R1指针的使用方法。

二、教学内容：

3.1单片机指令格式和寻址方式

3.2单片机指令分类介绍

3.3单片机指令汇总

三、教学重点：

各种寻址方式，常用指令的功能和使用方法及汇编语言程序设计方法。

四、教学难点：

注意几个中断入口地址在程序存储器中的位置，注意16位数据指针DPTR和两个8位数据指针R0、R1的使用方法。

五、建议学时：

3学时。

六、教学内容：

3.1指令格式和寻址方式

一、汇编语言指令格式：

[标号：

]操作码操作数1，操作数2[；注释]

换行表示一条指令结束。

例：

LOOP：

MOVA，#40H；取参数

1、标号：

指令的符号地址。

2、操作码：

指明指令功能。

3、操作数：

指令操作对象。

4、注释行：

说明指令在程序中的作用。

操作码和操作数是指令主体。

MOV—move传送

XCH—exchange交换

ANL—andlogic与逻辑运算

XRL—exclusiveor异或运算

MUL—multiply乘法

RR—rotateright右循环

SJMP—shortjump短跳转

RET—return子程序返回

二、机器语言指令格式：

操作码[操作数1][操作数2]

有单字节、双字节和三字节指令。

汇编语言指令中操作码和操作数是指令主体，称为指令可执行部分，指令表中可查出对应指令代码。

举例：

汇编语言：

机器语言：

MOVA，R0E8H

MOVR6，#32H7E32H

MOV40H，#64H754064H

三、指令寻址方式：

（一）操作数类型：

位（bit）─位寻址区中的一位二进制数据

字节（Byte）─8位二进制数据

字（Word）─16位双字节数据

（二）寻址方式：

1、立即寻址方式：

指令中给出实际操作数据（立即数），一般用于为寄存器或存储器赋常数初值。

举例：

8位立即数：

MOVA，#40H；A←40H

16位立即数：

MOVDPTR，#2100H；DPTR←2100H

2、直接寻址方式：

指令操作数是存储器单元地址，数据放在存储器单元中。

MOVA，40H；A←（40H）

例：

设存储器两个单元的内容如图所示，执行指令MOVA，40H后A=？

直接寻址方式对数据操作时，地址是固定值，而地址所指定的单元内容为变量形式。

思考题：

直接寻址方式指令和立即寻址方式指令的形式有什么不同？

3、寄存器寻址方式：

指令操作数为寄存器名，数据在寄存器中。

例：

MOVA，R0；A←（R0）

设指令执行前A=20H，R0=40H，执行指令后，A=？

，R0=？

4、寄存器间接寻址方式：

指令的操作数为寄存器名，寄存器中为数据地址。

存放地址的寄存器称为间址寄存器或数据指针。

例：

MOVA，@R0；A←（（R0））

设指令执行前A=20H，R0=40H，地址为40H存储器单元内容如图所示。

执行指令后，A=？

R0=？

（40H）=？

5、变址间接寻址方式：

数据在存储器中，指令给出的寄存器中为数据的基地址和偏移量。

数据地址=基地址+偏移量。

说明：

1、只对程序存储器；

2、指令形式：

MOVCA，@A+DPTR

MOVCA，@A+PC

JMP@A+DPTR

例：

MOVCA，@A+DPTR；A←（（A+DPTR））

设指令执行前A=09H，DPTR=2000H，存储器单元内容如图所示。

执行指令后，A=？

DPTR=？

6、位寻址方式：

指令给出位地址。

一位数据在存储器位寻址区。

（1）内部RAM中的位寻址区：

字节地址为20H～2FH；

（2）专用寄存器的可寻址位：

11个（83位）

表示方法：

1）直接使用位地址；如：

PSW的位6可表示为0D6H

2）位名称表示；或AC

3）字节地址加位数表示；或0D0H.6

4）专用寄存器符号加位数表示。

或PSW.6

例：

MOVC，40H；Cy←（位地址40H）

设指令执行前Cy=1，位地址40H存储器单元如图，执行指令后，Cy=？

7、相对寻址方式：

目的地址=转移指令地址+转移指令字节数+rel（rel为偏移量）

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：

SJMPrel

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（80H～7FH）。

在实际编程中，“rel”通常用标号代替。

3.2指令分类介绍

指令功能分类：

数据传送、数据操作、布尔处理、程序控制。

3.2.1数据传送指令

实现寄存器、存储器之间的数据传送。

一、内部传送指令：

片内数据存储器数据传送。

二、外部传送指令：

片外数据存储器数据传送。

三、交换指令：

片内数据存储器数据传送。

四、堆栈操作指令：

片内数据存储器数据传送。

五、查表指令：

程序存储器数据传送。

（一）内部传送指令：

实现片内数据存储器中数据传送。

指令格式：

MOV目的操作数，源操作数

寻址方式：

立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间址。

MOVA，Rn；A←（Rn），Rn=R0～R7

MOVA，direct；A←（direct）

MOVA，@Ri；A←（（Ri）），Ri=R0、R1

MOVA，#data；A←data

MOVRn,direct；Rn←（direct）

MOV@Ri,direct；（Ri）←（direct）

MOVdirect1，direct2；（direct1）←（direct2）

MOVDPTR，#d1d2；DPTR←d1d2

指令机器码：

11101rrrE8～EF

11100101nE5n

1110011iE6、E7

01110100d74d

10101rrrn

1010011in

85n1n2

90d1d2

习题：

找出配对指令，实现反向传送。

例：

顺序执行下列指令序列，求每一步执行结果。

MOVA，#30H

MOV4FH，A

MOVR0，#20H

MOV@R0，4FH

MOV21H，20H

习题：

用两种寻址方式实现，将片内RAM60H单元的数据传送给累加器A。

解：

MOVA，#60H（×）

或MOVA，60H（√）

结果A=32H

或MOVR0，60H

MOVA，@R0（×）

或MOVR0，#60H（√）

MOVA，@R0

说明：

1.一条指令中不能同时出现两个工作寄存器：

非法指令：

MOVR1，R2

MOVR2，@R0

2.间址寄存器只能使用R0、R1。

非法指令：

MOVA，@R2

3.SFR区只能直接寻址，不能用寄存器间接寻址。

非法指令：

MOVR0，#80H

MOVA，@R0

4.指令表（P70）：

B：

指令字节数，M：

机器周期数

只有指令表中的指令才有对应指令代码，计算机才能执行。

编程时，不能随意创造发明指令。

（二）外部RAM传送指令：

（MOVX）

实现片外数据存储器和A累加器之间的数据传送。

指令格式：

MOVX目的操作数，源操作数

寻址方式：

片外数据存储器用寄存器间址方式。

1、DPTR作16位数据指针，寻址64KB片外RAM空间：

MOVXA，@DPTR；A←（（DPTR））（读）

MOVX@DPTR，A；（DPTR）←A（写）

2、Ri作8位数据指针，寻址256B片外RAM空间（页内寻址）：

MOVXA，@Ri；A←（（P2Ri））（读）

MOVX@Ri，A；（P2Ri）←A（写）

例：

实现片外数据存储器数据传送（2000H）®（2100H）。

MOVDPTR，#2000H

MOVXA，@DPTR

MOVDPTR，#2100H

MOVX@DPTR，A

片外数据存储器不能直接寻址。

下列为非法指令：

MOVXA，2000H

MOVX2100H，2000H

思考题：

为什么对DPTR的数据传送使用内部传送指令？

习题：

将片外RAM0000H单元的数据传送到片内RAM的60H单元。

（三）外部ROM传送指令（查表指令）：

（MOVC）

实现从程序存储器读取数据到A累加器，只能使用变址间接寻址方式。

多用于查常数表程序，可直接求取常数表中的函数值。

1．DPTR为基址寄存器：

MOVCA，@A+DPTR；A←（（A+DPTR））（读）

查表范围为64KB程序存储器任意空间，称为远程查表指令。

2．PC为基址寄存器：

MOVCA，@A+PC；A←（（A+PC））（读）

常数表只能在查表指令后256B范围内，称为近程查表指令。

P49：

例1：

以查表方法把累加器中的十六进制数转换为ASCII码，并送回累加器中。

程序如下：

指令地址源程序

ORG2000H

2000HBA：

INCA

2001MOVCA，@A+PC

2002RET

2003DB30H

2004DB31H

2005DB32H

……

2011DB45H

2012DB46H

例2：

查表法求Y=X2。

设X（0≤X≤15）在片内RAM的20H单元中，要求查表求Y，存入片内RAM21H单元。

方法1：

程序：

ORG1000H

SQU：

MOVDPTR，#3000H；确定表首地址（基地址）

MOVA，20H；取X（变量：

偏移量）

MOVCA，@A+DPTR；查表求Y=X2

MOV21H，A；保存Y（结果）

RET；子程序结束

……；其它程序段

ORG3000H；常数表格首地址

TAB：

DB00，01，04，09，…，225；平方表

END

方法2：

指令地址源程序

ORG1000H；程序起始地址

1000HSQU：

MOVA，20H；取X

1002HADDA，#3；修正偏移量

1004HMOVCA，@A+PC；查表求Y=X2（PC=1005H）

1005HMOV21H，A；存结果

1007HRET；子程序结束

1008HTAB：

DB00，01，04…；平方表

100BHDB09，…，225

思考题：

当0≤X≤255时，如何用查表法编程求Y=X2。

（四）交换指令：

实现片内RAM区的数据双向传送。

1.字节交换指令

XCHA，Rn；A←→（Rn）

XCHA，@Ri；A←→（（Ri））

XCHA，direct；A←→（direct）

例：

设A=29H，执行指令XCHA，2AH后，A=？

，（2AH）=？

习题：

将片内RAM60H单元与61H单元的数据交换。

XCH60H，61H；←对吗？

不对！

！

2.半字节交换指令：

XCHDA，@Ri；A0～3«（（Ri））0～3

SWAPA；A4～7«A0～3

例：

将片内RAM2AH和2BH单元中的ASCII码转换成压缩式BCD码存入20H单元。

习题：

交换片内RAM40H单元和41H单元的低半字节。

（五）堆栈操作指令：

入栈指令：

PUSHdirect；SP←SP+1，（SP）←（direct）

出栈指令：

POPdirect；（direct）←（SP），SP←SP-1

“先加后压”“先弹后减”

例：

设A=02H，B=56H，执行下列指令后，SP=？

，A=？

，B=?

SBR：

MOVSP，#30H；设栈底

PUSHA

PUSHB

MOVA，#00H

MOVB，#01H

…

POPB

POPA

练习：

说明程序执行过程中，SP的内容及堆栈中内容的改变过程。

程序如下：

MOVSP，#30H

MOVA，#20H

MOVB，#30H

PUSHA

PUSHB

…….

POPA

POPB

习题：

找出指令错误并改正：

1．MOVA，#1000H；A←1000H（A装1个字节数）

2．MOVXA，1000H；A←（1000H）片外RAM（DPTR、Ri）

3．MOVCA，1000H；A←（1000H）片外ROM（DPTR、PC）

4．MOVX60H，A；片外RAM（60H）←A（应为MOV）

5．MOVR0，60H；片内RAM：

（61H）←（60H）

MOV61H，@R0（片内RAM可直接寻址）

6.XCHR1，R2；R1←R2（必须有A参加）

7.MOVXDPTR，#2000H；DPTR←2000H（应为MOV）

8.MOVX60H，@DPTR；片内RAM←片外RAM（必须有A参加）

3.2.2算术运算指令

与数据传送指令不同，多数算术运算指令会影响标志位的状态，即CPU执行算术运算指令后，根据数据操作情况自动设置标志位的状态。

MCS-51的程序状态字寄存器PSW为标志寄存器。

其格式如下：

字节地址为D0H

1．标志位（自动设置状态）：

1）Cy：

进位标志位

保存运算后最高位的进位/借位状态，当有进位/借位，Cy=1，否则Cy=0。

2）AC：

辅助进位标志位

保存低半字节的进位/借位状态，当D3产生进位/借位，AC=1，否则AC=0。

用于十进制调整。

3）OV：

溢出标志位

OV=Cy7⊕Cy6，补码运算产生溢出OV=1，否则OV=0。

4）P：

奇偶标志位

反映累加器A中数据的奇偶性。

当1的个数为奇数，P=1，否则P=0。

2．用户选择位（编程设置状态）

1）F0、F1：

用户自定义标志位。

2）RS1、RS0：

工作寄存器区选择位。

复位时，PSW=00H

例：

复位后，设置使用工作寄存器3区，其余标志位不变。

解：

MOVPSW，#18

算术运算指令：

完成片内RAM和A中数据的加减乘除运算。

一．加减指令（读-修改-写）：

1.加法指令：

1）不带进位加法：

ADDA，源操作数

如：

ADDA，R2；A←A+R2，影响Cy、OV、AC、P

例1：

已知A=3BH，PSW=0，执行指令ADDA，#3BH后

求：

A=76H？

Cy=0？

OV=0？

AC=1？

P=1？

PSW=？

（01000001=41H）

2）带进位加法：

ADDCA，源操作数

如：

ADDCA，R2；A←A+R2+Cy，影响Cy、OV、AC、P

例：

A=9AH，R2=E3H，PSW=0，执行指令ADDCA，R2后

求：

A=？

Cy=？

OV=？

AC=？

P=？

PSW=？

（10000100=84H）

带进位加法指令ADDC用于多字节运算：

例：

设双字节数X存在片内RAM41H、40H单元，Y存在42H、43H单元，编程求Z=X+Y，并存入片内RAM单元44H、45H、46H。

（比较P52例3.3）

MOVA，40H

ADDA，42H

MOV44H，A

MOVA，41H

ADDCA，43H

MOV45H，A

MOVA，#00H

ADDCA，#00H

MOV46H，A

RET

BCD调整指令：

BCD：

Binary-Coded-Decimal（二进制编码的十进制）

DAA；把A中按二进制相加后的结果调整成按BCD数相加的结果

调整原因：

1、相加结果大于9，进入无效编码区；

2、相加结果有进位，跳过无效编码区。

调整方法：

进行加“6”修正。

十进制加法指令：

仅对加法结果进行调整ADDA，源操作数

DAA

进位十进制加1法指令：

ADDCA，源操作数

DAA

作业：

BCD码加法编程。

设X、Y为4位压缩BCD码，求Z=X+Y。

2．减法指令：

SUBBA，源操作数；带借位减法指令

如：

SUBBA，R2；A←A-R2-Cy，

；影响Cy、OV、AC、P

例：

A=5AH，R2=5AH，Cy=0，执行下列指令

SUBBA，R2

求：

A=？

Cy=？

OV=？

P=？

AC=？

习题：

编程求双字节减法。

设X、Y存在片内RAM60H起始单元，计算Z=X-Y。

思考：

有不带借位的减法指令吗？

3.增量、减量指令：

INC单操作数

如：

INCR2；R2←R2+1

DEC单操作数

如：

DECR2；R2←R2-1

INCDPTR；DPTR←DPTR+1

不影响标志位状态。

注意：

没有指令DECDPTR

可用指令DECDPL代替

4.乘除指令：

MULAB；BA←A×B，Cy←0，

；当积高字节B=0，OV←0；B≠0，则OV←1

DIVAB；A÷B，A←商，B←余数，Cy←0，

；当除数B=0，OV←1；B≠0，则OV←0

例：

A=96（60H）,B=192（C0H），执行指令MULAB后，

求：

A=？

B=？

Cy=？

OV=？

P=？

解：

96×192=18432（4800H）

例：

A=156（F6H），B=13（0DH），执行指令DIVAB后

求：

A=？

B=？

Cy=？

OV=？

P=？

解：

156÷13=18（12H），余数=12（0CH）。

思考题：

如何实现多字节数据的乘除运算。

3.2.3逻辑运算指令

一、单操作数指令（A累加器为操作数）：

1、A清0指令：

CLRA；A←0

2、A取反指令：

CPLA；A←A

3、循环移位指令：

1）8位循环指令：

RLA；A循环左移一位

RRA；A循环右移一位

2）9位循环指令：

RLCA；带Cy循环左移一位

RRCA；带Cy循环右移一位

例：

设A=11000101B，Cy=0，分别执行下列单条指令：

CPLA求：

A=？

Cy=？

RLA求：

A=？

Cy=？

RLCA求：

A=？

Cy=？

用9位循环指令实现多字节移位：

例：

编程将寄存器R6R5中的双字节数X左移一位。

CLRC

MOVA，R5

RLCA

MOVR5，A

MOVA，R6

RLCA

MOVR6，A

思考题：

如何将寄存器R6R5中的双字节数X右移一位。

二、双操作数逻辑运算指令（对位逻辑运算）：

ANL、ORL、XRL

例：

A=01××××××B，×表示随机状态，为1或0，下述一组指令执行后，A的值如何?

XRLA，#0C0H；将累加器A的内容D7、D6取反

ORLA，#03H；将累加器A的内容D1、D0置1

ANLA，#0E7H；将累加器A的内容D4、D3清0

解：

执行上述指令后，A=10×00×11B。

习题1：

如何将累加器A中的数据高4位清0，低位不变？

习题2：

如何将寄存器R2中的数据奇数位取反，偶数位不变？

3.2.4布尔变量操作指令

对片内RAM中位寻址区操作。

位累加器Cy和位地址bit。

一．位传送：

MOVC，bit；Cy←（bit）

MOVbit，C；（bit）←Cy

例：

将位地址20H的一位数传送到位地址30H中：

MOVC，20H

MOV30H，C

二．位清0、置1、取反（CLR、SETB、CPL）：

CLRC；Cy←0

CLR40H；（位地址40H）←0

三．逻辑运算（ANL、ORL）：

ANLC，40H；C←C∧（40H）

ANLC，～40H；C←C∧（40H）

例：

设Cy=1，（位地址40H）=1，执行指令

ANLC，～40H后，Cy=？

，（位地址40H）=？

位地址表示法：

位地址40H，位寄存器F0，字节加位ACC.0

习题：

设累加器A中数据为29H=00101001B，Cy=0，

执行指令ORLC，0E3H后，Cy=?

3.2.5转移指令

转移指令通过改写PC的当前值，从而改变CPU执行程序的顺序，使程序发生跳转。

按转移条件分类：

1）无条件转移：

执行无条件转移指令，程序无条件转移到指定处。

2）条件转移：

指令中给出转移条件，执行指令时，先测试条件：

若满足条件，则程序发生转移；否则，仍顺序执行程序。

按转移方式分类：

1）绝对转移：

指令给出转移目的的绝对地址d2d1，执行指令后，PC←d2d1。

例：

地址源程序

1000HLJMP2000H（长转移）

1003H…

…

2000H…；转移目的指令

2）相对转移：

指令给出转移目的与转移指令的相对

偏移量rel，执行指令后，PC←PC+rel。

目的地址=PC+字节数+rel

例：

地址源程序

1000HSJMP02（短转移）（2字节）

…

1004H…；转移目的指令

一、无条件转移指令：

1.长转移指令：

LJMPaddr16（d2d1）；PC←d2d1

指令机器码：

02d2d1

指令转移范围：

64KB

2.绝对转移指令：

AJMPaddr11；PC←PC+2

（2个字节）；PC10～0¬addr11

PC15～11不变

指令机器码：

addr11～900001addr8～1

指令转移范围：

2KB（32个）

转移时要求转移前后保持PC15～11不变。

例：

1030HAJMP100H

指令机器码：

2100H

目的地址为：

1100H

3.短转移指令：

SJMPrel；PC¬