2情景指令系统1.docx

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2情景指令系统1

学习情境设计之二：

学习

情境

2、P1口外接8只LED发光二极管模拟彩灯

建议

学时

6（10）学时

学习目标

1.掌握MCS-51单片机的数据传送指令的功能；

2.掌握MCS-51单片机的寻址方式；

学习内容

1.MCS-51单片机指令系统的数据传送指令

2、指令的寻址方式

3、指令在CPU内部的执行过程

教学方法

建议

基于任务驱动的引导文教学法

DVCC仿真实验系统

工作步骤

1、明确任务

教师提出任务：

利用P1口外接的8只LED发光二极管模拟彩灯。

2、设计过程（2学时）

学生借助于资料、材料和教师提出的引导问题，自己做一个工作计划，并拟定出检查、评价工作成果的标准要求。

教师提出问题：

单片机内部数据是怎样传送到端口使二极管发亮的？

什么是数据传送操作与数据传送指令？

MCS-51单片机有哪些数据传递指令？

什么是指令的寻址方式?

MCS-51单片机指令系统采用了哪几种寻址方式?

指令在CPU内部的执行过程是怎样的？

3、决定阶段（1学时）

学生将自己独立设计的工作计划及成果评价要求向教师进行介绍，师生共同做出开展工作的决定。

4、具体实施阶段（2学时）

学生学生可独立开展工作，教师发现学生存在严重错误时，提供必要的指导。

5、检查阶段（0.5学时）

在整个过程中学生依据拟定的评价标准，检查是否符合要求地完成了工作任务。

6、评价阶段（0.5学时）

由教师参与，与老师进行专业对话，评价学生的工作情况，给出建议。

考核标准

标准要求

评价

1、设计文档按任务要求独立正确完成，情景知识掌握熟练娴熟

优秀

2、设计文档按任务要求独立良好的完成，情景知识掌握较好

良好

3、设计文档按任务要求基本独立的完成，情景专业知识基本掌握

中等

4、设计电子文档按任务要求基本完成，情景专业知识基本掌握

及格

5、未能完成任务

不及格

P1口外接8只LED发光二极管模拟彩灯

❑学习目标：

通过学习情境2的完成方法，掌握MCS-51单片机的数据传送指令的功能及MCS-51单片机的寻址方式。

❑任务描述：

利用P1口外接的8只LED发光二极管模拟彩灯。

常见的彩灯模式有：

流水式彩灯、追逐式彩灯、累积式彩灯、开幕式与闭幕式彩灯以及将上述模式组合而成的复合式彩灯。

大多数的彩灯都是采用单片机控制的，简单的彩灯单片机的控制程序也较为简单，复杂的彩灯单片机控制程序也较为复杂。

]硬件电路与工作原理

硬件电路与工作原理

当P1.0~P1.7中的某端口为低电平时，对应的发光二极管亮，为高电平灭。

只要控制P1口各位的电平状态，就可以控制8只LED的亮与灭。

例如使（P1）=01010101B=55H，D7、D5、D3、D1四只LED亮，D6、D4、D2、D0四只LED灭，从效果上看亮与灭是相间隔的；反之，使（P1）=10101010B=AAH，则另外四只LED亮，若反复以一定时间间隔不断从P1口轮流输出55H和AAH，则P1口上八只LED会呈现流水彩灯的效果。

]控制程序

1）将立即数送P1口的程序

ORG0000H；定义程序从程序存贮器0000H单元开始存放

LOOP：

MOVP1，#55H；立即数55H送P1口，4只LED亮

SJMPLOOP；原地踏步

END；程序结束

2）通过累加器A控制P1口的程序

ORG0000H

LOOP：

MOVA，#0AAH；将立即数AAH送累加器A

MOVP1，A；累加器A中的数送P1端口

SJMPLOOP；转移到LOOP

END

3）流水式彩灯程序

ORG0000H

LOOP：

MOVP1,#55H

；将立即数55H送P1端口

LCALLTIME；调延时子程序TIME

MOVP1,#0AAH

；将立即数AAH送P1端口

LCALLTIME；调延时子程序TIME

SJMPLOOP；转移到LOOP

TIME：

MOVR6,#200；延时子程序TIME

TIME1：

MOVR7,#200

TIME2：

NOP

NOP

NOP

DJNZR7,TIME2

DJNZR6,TIME1

RET

END

4）开幕式与闭幕式彩灯程序

ORG0000H

LJMPMAIN；跳转到主程序

ORG0030H

MAIN：

MOVR0,#8；R0送循环次数8

MOVDPTR,#TAB；给数据指针赋值

LOOP：

MOVA,#00H；

MOVCA,@A+DPTR

MOVP1,A

LCALLTIME

INCDPL

DJNZR0,LOOP

SJMPMAIN

TIME：

MOVR6,#200

TIME1：

MOVR7,#200

TIME2：

NOP

NOP

NOP

DJNZR7,TIME2

DJNZR6,TIME1

RET

TAB：

DB81H,0C3H,0E7H,0FFH,18H,3CH,7EH,0FFHEND

思考问题

1.什么是数据传送操作与数据传送指令？

MCS-51单片机有哪些数据传递指令?

2.什么是指令的寻址方式?

MCS-51单片机指令系统采用了哪几种寻址方式?

3.指令在CPU内部的执行过程？

学习内容

1.MCS-51指令格式

2.MCS-51寻址方式

3.数据传送类指令

学习资料,拟定工作计划及评价标准

汇报计划,核准后实施

实施计划，教师现场指导

自查任务完成情况，提交设计结果

教师评价

知识资料

MCS-51指令系统

一台计算机所具有的所有指令的集合就是它的指令系统。

MCS-51系列单片机指令系统一共有111条，其中单字节指令有49条，双字节指令有45条，三字节指令有17条。

在这111条指令中，一共使用了7种寻址方式、42种助记符来说明33种功能。

一般把MCS-51系列单片机指令系统中的共111条指令，分为如下五大类：

（1）数据传送类指令（29条）

（2）算术运算类指令（24条）

（3）逻辑运算及移位类指令（24条）

（4）控制转移类指令（17条）

（5）位操作类指令（17条）

MCS-51指令格式

MCS-51指令系统的典型指令格式为：

[标号：

]操作码[目的操作数,][源操作数][;注释]

其中，标号是该语句的符号地址，可根据需要而设置。

标号通常用于转移指令所需的转移地址。

标号一般由1~8个字符组成，但第一个字符必须是字母，其余的可以是字母也可以是其他符号或数字。

标号和操作码之间用冒号“：

”分开。

操作码和操作数（源操作数和目的操作数）是指令的核心部分。

操作码告诉单片机的CPU做何种操作。

操作数分为目的操作数和源操作数，采用符号（如寄存器、标号等）或者常量（如立即数、地址值等）表示。

注释是对指令的功能或作用的说明，但是注释不是一个指令的必要组成部分，可有可无。

MCS-51寻址方式

“寻址”是指寻找操作数所在地址的方式.

MCS-51指令系统共使用了7种寻址方式，包括寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址、立即数寻址、位寻址、变址寻址、相对寻址等。

❶寄存器寻址方式

寄存器寻址就是操作数在寄存器中，因此指定了寄存器就能得到操作数。

例如指令：

MOVA,R0;机器码E8H

寄存器寻址方式的寻址范围包括：

（1）四个寄存器组共32个通用寄存器。

但在指令中只能使用当前寄存器组，因此在使用前，常需通过对PSW中RS1，RS0位的状态设置，来进行当前寄存器组的选择。

（2）部分专用寄存器。

例如累加器A，B寄存器对以及数据指针DPTR等。

❶寄存器寻址方式

如果程序状态寄存器PSW的RS1RS0=10（选中第二组工作寄存器，对应地址为10H～17H），设累加器A的内容为4AH，则执行MOVR1，A指令后，内部RAM11H单元的值就变为4AH。

❷直接寻址方式

指令中操作数直接以单元地址的形式给出，就称之为直接寻址。

例如指令：

MOVA,3AH

因为直接寻址方式只能使用8位二进制地址，因此这种寻址方式的寻址范围只限于内部RAM，具体说就是：

（1）低128单元。

在指令中直接以单元地址形式给出。

（2）专用寄存器。

直接寻址是访问专用寄存器的惟一方法。

❷直接寻址方式

指令：

MOVA，2BH执行的操作是将内部RAM中地址为2BH的单元内容传送到累加器A中，其操作数2BH就是存放数据的单元地址，因此该指令是直接寻址。

❸寄存器间接寻址方式

寄存器寻址方式，寄存器中存放的是操作数。

而寄存器间接寻址方式，寄存器中存放的则是操作数的地址，即操作数是通过寄存器间接得到的，因此称之为寄存器间接寻址。

例如指令：

MOVA,@R0的功能是以R0寄存器内容3AH为地址，把该地址单元的内容65H送累加器A。

寄存器间接寻址方式的寻址范围：

（1）内部RAM低128单元

对内部RAM低128单元的间接寻址，应使用R0或R1作间址寄存器，其通用形式为@Ri（i=0或1）。

（2）外部RAM64KB

对外部RAM64KB的间接寻址应使用DPTR作间址寄存器，其形式为@DPTR。

例如：

MOVXA，@DPTR，其功能是把DPTR指定的外部RAM单元的内容送累加器A。

外部RAM的低256单元是一个特殊的寻址区，除可以使用DPTR作间址寄存器寻址外，还可使用R0或R1作间址寄存器寻址。

例如MOVXA，@R0，即把R0指定的外部RAM单元的内容送累加器A。

此外对于堆栈操作指令（PUSH和POP）也应算作是寄存器间接寻址，即以堆栈指针（SP）作间址寄存器的间接寻址方式。

❹立即寻址方式

所谓立即寻址就是操作数在指令中直接给出。

在立即数前面加“#”标志。

例如：

MOVA,#2BH;机器码742BH

其中2BH就是立即数，指令功能是把数据2BH送累加器A。

除8位立即数外，MCS-51指令系统中还有一条16位立即寻址指令，即：

MOVDPTR,#data16其功能是把16位立即数送数据指针DPTR。

❺位寻址方式

MCS-51有位处理功能，可以对数据位进行操作，因此就有相应的位寻址方式。

例如，指令SETB3DH执行的操作是将内部RAM位寻址区中的3DH位置1。

设内部RAM27H单元的内容是00H，执行SETB3DH后，由于3DH对应内部

RAM27H的第6位，因此该位变为1，也就是27H单元的内容变为20H。

❺位寻址方式

位寻址的寻址范围：

（1）内部RAM中的位寻址区。

例如：

MOVC，2BH指令功能是把位寻址区的2BH位状态送累加位。

（2）专用寄存器的可寻址位。

可供位寻址的专用寄存器共有11个，实有寻址位83位。

对这些寻址位在指令中有如下四种表示方法：

·直接使用位地址:

例如PSW寄存器位5地址为D5H。

·位名称表示方法:

例如PSW寄存器位5是F0标志位，则可使用F0表示该位。

·单元地址加位的表示方法:

例如D0H单元（即PSW寄存器）位5，表示为D0.5。

·专用寄存器符号加位的表示方法:

例如PSW寄存器的位5，表示为PSW.5。

❻变址寻址方式

MCS-51的变址寻址是以DPTR或PC作基址寄存器，以累加器A作变址寄存器，并以两者内容相加形成的16位地址作为操作数地址。

例如指令：

MOVCA,@A+DPTR

其功能是把DPTR和A的内容相加，再把所得到的程序存储器地址单元的内容送A。

假定指令执行前A=02H，DPTR=1110H，外部ROM中，1112H单元的内容是AAH，则指令MOVCA，@A+DPTR的执行结果是累加器A的内容为AAH。

❻变址寻址方式

对MCS-51指令系统的变址寻址方式作如下说明：

（1）变址寻址方式只能对程序存储器进行寻址，或者说它是专门针对程序存储器的寻址方式。

（2）变址寻址的指令只有三条：

MOVCA，@A+DPTR

MOVCA，@A+PC

JMP@A+DPTR

其中前两条是程序存储器读指令，后一条是无条件转移指令。

（3）尽管变址寻址方式较为复杂，但变址寻址的指令却都是一字节指令。

❼相对寻址方式

相对寻址方式是为实现程序的相对转移而设计的，为相对转移指令所采用。

在相对寻址的转移指令中，给出了地址偏移量（在MCS-51指令系统中以“rel”表示），把PC的当前值加上偏移量就构成了程序转移的目的地址。

但这里的PC当前值是指执行完该转移指令后的PC值，即转移指令的PC值加上它的字节数。

因此转移的目的地址可用如下公式表示；

目的地址=转移指令地址+转移指令字节数+rel

在MCS-51指令系统中，有多条相对转移指令，这些指令多数为二字节指令，但也有个别为三字节的。

偏移量rel是一个带符号的8位二进制补码数，所能表示的数的范围是-128～+127，因此相对转移是以转移指令所在地址为基点，向前最大可转移（127+转移指令字节数）个单元地址，向后最大可转移（128-转移指令字节数）个单元地址。

例如，指令SJMP54H执行的操作是将PC当前的内容与54H相加，结果再送回PC中，成为下一条将要执行指令的地址。

设指令SJMP54H的机器码80H54H存放在2000H处，当执行到该指令时，先从2000H和2001H单元取出指令，PC自动变为2002H；再把PC的内容与操作数54H相加，形成目标地址2056H，再送回PC，使得程序跳转到2056H单元继续执行。

数据传送类指令

内部RAM数据传送指令组

1.立即数传送指令

8位立即数传送指令共四条：

MOVA，#data；A←data

MOVdirect，#data；direct←data

MOVRn，#data；Rn←data

MOV@Ri，#data；（Ri）←data

16位立即数传送指令一条：

MOVDPTR，#data16；DPTR←data16

2.内部RAM单元之间的数据传送指令

内部RAM单元之间的数据传送指令共有五条：

MOVdirect2，direct1；direct2←（direct1）

MOVdirect，Rn；direct←（Rn）

MOVRn，direct；Rn←（direct）

MOVdirect，@Ri；direct←（（Ri））

MOV@Ri，direct；（Ri）←（direct）

3.累加器的数据传送指令

与累加器有关的数据传送指令共有六条：

MOVA，Rn；A←（Rn）

MOVRn，A；Rn←（A）

MOVA，direct；A←（direct）

MOVdirect，A；direct←（A）

MOVA，@Ri；A←（（Ri））

MOV@Ri，A；（Ri）←（A）

外部RAM数据传送指令组

对外部RAM单元只能使用间接寻址方法，但可以分别使用DPTR和Ri作间址寄存器，因此相应地就有两组指令：

1.使用DPTR进行间接寻址

MOVXA，@DPTR；A←（（DPTR））

MOVX@DPTR，A；（DPTR）←（A）

由于DPTR是16位地址指针，因此指令的寻址范围为64KB。

2.使用Ri进行间接寻址

MOVXA，@Ri；A←（（Ri））

MOVX@Ri，A；（Ri）←（A）

i=（0，1），由于R0和R1是8位地址指针，因此指令的寻址范围只限于外部RAM的低256个单元。

✌外部RAM数据传送指令组

对外部RAM数据传送指令作如下说明：

（1）MCS-51指令系统中没有专用的存储器读写指令，实际上外部数据存储器数据传送指令就是外部RAM的读写指令。

（2）外部RAM数据传送指令与内部RAM数据传送指令相比，在指令助记符中增加了“X”，“X”是代表外部之意。

（3）外部RAM的数据传送，只能通过累加器A进行。

程序存储器数据传送指令组

这里所说的程序存储器既包括内部程序存储器，也包括外部程序存储器。

由于对程序存储器只能读而不能写，因此其数据传送都是单向的，即从程序存储器读出数据，并且只能向累加器A传送。

这类指令共两条：

MOVCA，@A+DPTR；A←（（A）+（DPTR））

MOVCA，@A+PC；A←（（A）+（PC））

这两条指令都是一字节指令，并且都为变址寻址方式，其寻址范围为64KB。

这两条指令通常用于查表操作，因此可以看成是查表专用指令。

数据交换指令组

1.整字节交换指令

地址单元与累加器A进行8位数据交换，共有如下三条指令：

XCHA，Rn；（A）（Rn）

XCHA，direct；（A）（direct）

XCHA，@Ri；（A）（（Ri））

2.半字节交换指令

地址单元与累加器A进行低4位的半字节数据交换。

只有一条指令：

XCHDA，@Ri；（A）3~0（（Ri））3~0

3.累加器高低半字节交换指令

只有一条指令：

SWAPA；（A）3~0（A）7~4

堆栈操作指令组

堆栈操作有进栈和出栈两种，因此相应有两条指令：

进栈指令：

PUSHdirect；SP←（SP）+1，（SP）←（direct）

其功能为内部RAM低128单元或专用寄存器内容送栈顶单元。

出栈指令：

POPdirect；direct←（（SP）），SP←（SP）-1

其功能为栈顶单元内容送内部RAM低128单元或专用寄存器。