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计算机硬件技术基础

计算机硬件技术基础. 专题四 MCS-51 指令系统 第三章. 计算机科学与软件学院计算机基础教学部. 本专题是全书的重点， 是汇编语言程序设计的基础。. 学习指令系统重点要掌握以下几点： 1 、指令功能 2 、寻址方式 3 、操作数的位数和存储结构 4 、对 PSW 的影响 5 、指令与存储区的对应关系 6 、各类指针及其指向的地址范围 7 、转移指令的转移范围 8 、指令字节数和机器周期数. 第三章 单片机的指令系统. Ø  本章主要介绍单片机的寻址方式及指令系统， 是必须掌握的内容。

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  1. 计算机硬件技术基础 专题四 MCS-51指令系统 第三章 计算机科学与软件学院计算机基础教学部

  2. 本专题是全书的重点， 是汇编语言程序设计的基础。 学习指令系统重点要掌握以下几点： 1、指令功能 2、寻址方式 3、操作数的位数和存储结构 4、对PSW的影响 5、指令与存储区的对应关系 6、各类指针及其指向的地址范围 7、转移指令的转移范围 8、指令字节数和机器周期数

  3. 第三章 单片机的指令系统 • Ø 本章主要介绍单片机的寻址方式及指令系统， • 是必须掌握的内容。 • Ø一台计算机所有指令的集合， • 称为该计算机的指令系统。 • Ø各种计算机都有专用的指令系统。 • 学时分配：2学时 1—40+46～49+52+53 • 2学时 41-45+50+51 • 54—100

  4. 第三章 单片机的指令系统 • 3.1 MCS-51指令系统概述 • 3.2 寻址方式 • 3.3 MCS-51 单片机的指令系统

  5. 3.1 MCS-51 指令系统概述 3.1.1 指令格式 3.1.2 指令字长和指令周期 3.1.3 指令分类

  6. 3.1.1 指令格式 • 汇编语言指令格式 • 机器语言指令格式

  7. 汇编语言指令 一条用助记符表示的汇编语言指令 操作数 操作码 指令的操作对象 指令的功能 ADD A ， #10H ；ADD为操作码， A及#10H为操作数

  8. 汇编语言指令格式 标号：操作码助记符 目的操作数，源操作数；注释 例如：Loop：MOV A,R0; (R0) --->(A)

  9. 机器语言指令格式 三字节： 操作数或寻址方式 操作数或寻址方式 操作码 单字节： 或 操作码 操作数或寻址方式 操作码 双字节： 操作码 操作数或寻址方式 例：ADD A ， #10H

  10. 3.1.2 指令字长和指令周期 指令字长有三种： 单字节 RET 双字节 MOV A,#68H 三字节 MOV 30H,46H 指令周期是指执行一条指令所需要的时间 1 机器周期指令 2 机器周期指令 4 机器周期指令 P318附录II 附表1

  11. 3.1.3 指令分类 按指令功能分类 按指令执行时间分类 按指令字长分类

  12. 3.2 寻址方式 • 寻址方式：7种 • 寄存器寻址 • 直接寻址 • 寄存器间接寻址 • 立即寻址 • 变址间接寻址 • 相对寻址 • 位寻址 • 寻址方式与寻址空间 • MCS-51单片机的两个突出特点 寻址： 1、寻找操作数 2、为PC指针寻找目标地址

  13. 寄存器寻址——操作数存放在寄存器中 寄存器为R0~R7，A，DPTR，C,AB SETB RS0 MOV R3,#56H MOV A,R0 MOV R0,#01001111B 工作寄存器（00H—1FH) RS1 RS0 寄存器组 片内RAM地址 寄存器 0 0 第0组 00H～07H R0～R7 0 1 第1组 08H～0FH R0～R7 1 0 第2组 10H～17H R0～R7 1 1 第3组 18H～1FH R0～R7

  14. 例如：MOV A ， R3 ;机器码为 0EBH 指令功能是把当前R3中的操作数送累加器A。 指令执行示意图如图3－3所示。设（R3）=12H

  15. 直接寻址—指令中直接给出操作数的地址 • 功能最强，可访问３种地址空间 • 内部数据存储器地址空间（ＲＡＭ）： • ００Ｈ－７ＦＨ • MOV A,00H • MOV 30H,20H • 特殊功能寄存器地址空间，唯一方式 • 　８０Ｈ－０ＦＦＨ • MOV A,90H • MOV A,B • 位地址空间 • ００Ｈ－０ＦＦＨMOV C,00H

  16. 例： MOV A ，30H；机器码为E530H 指令功能是把直接地址30H单元的内容送累加器A，即(30H) →(A)如图3－1所示。 34H 34H

  17. 寄存器间接寻址 01 02 03 30H 31H 32H • 将指定的寄存器的内容为地址，由该地址所指定的单元内容作为操作数。 • mov A,@R0 (R0)=31H 指针 (A)=02H ((R0))=(31H)

  18. 例如： MOV A ，@R1 ;机器码E7H 设（R1）=60H ， （60H）=50H ， 执行结果（A）=50H,该指令执行过程如图3－4所示。

  19. 立即寻址——在指令中直接给出操作数 例： MOV A,#7Ah; 747AH 把立即数7AH送累加器A，指令执行示意图如图3-2所示。

  20. 例: MOV DPTR,#1234h (DPH)=12H (DPL)=34H 注意：立即数前加“ # ”号，以区别直接地址。 例如： MOV A，#30H ；(A) ← 30H MOV A， 30H ； (A) ←（30H）

  21. 变址间接寻址 • 基址寄存器＋变址寄存器的间接寻址方式 • DPTR/PC A • MOVC A,@ A+DPTR • (A) ((DPTR) + (A)) • MOVC A,@ A+PC • (A) ((PC) + (A) ) • JMP @ A+DPTR • (PC)=(A)+(DPTR)

  22. MOVC A ，@A+PC ；83H 设执行指令之前（A）= 50H 指令功能是把该指令当前地址PC值与A累加器内容相加形成操作码地址3F51H，3F51H中的内容37H送A累加器。 PC 当前值

  23. jc Loop rell Loop: 相对寻址 • 以当前的PC值为基准，加上指令中给出的相对偏移量(rel)形成有效的转移地址。 • jc Loop; 补码 [-128，127] rel

  24. JC rel； 4085H 设rel=85H ，Cy=1 目标地址 PC当前值

  25. 位寻址 bit 位寻址范围： 1、内部RAM的位寻址区，共16个单元的128位，字节地址为20H～2FH，位地址为00H～7FH。可用直接位地址或字节地址加位的表示方法。 例如： MOV C ， 7AH 或　 MOV C ， 2FH．2

  26. 2、特殊功能寄存器SFR可供位寻址的专用寄存器共11个，实有位地址位83位。位地址有4种表达方式 。 以对程序状态寄存器PSW辅助进位位AC进行操作为例：  PSW Cy AC F0 RS1 RS0 OV PD0H D7H D6H D0H 1）直接使用位地址 3）单元地址加位的表示法 MOV C ，0D6H MOV C ，0D0H．6 2）位名称表示法 4）专用寄存器符号加位的表示法 MOV C ，AC MOV C ， PSW．6

  27. 寻址方式与寻址空间

  28. T1 内部数据存储器与内部I/O口统一编址 1、内部数据存储器的寻址方式 1） 00H～1FH寄存器寻址 4组R0 ～R7 Rn 直接寻址 direct 寄存器间接寻址 @R0,@R1 例:（01H） （02H） MOV 02H,01H ;源寻址和目的寻址均为直接寻址 MOV R2,01H ;源寻址为直接寻址，目的寻址为寄存器寻址 MOV R0,#01H MOV 02H,@R0；源寻址为寄存器间接寻址， 目的寻址为直接寻址

  29. 2)20H ～2FH 可位寻址区的寻址方式 字节寻址方式： 直接寻址 direct 寄存器间接寻址@R0,@R1 位寻址: bit 直接寻址 例： MOV 26H,C ; 位寻址 （26H）1位 MOV 26H,A ；字节寻址（26H）8位

  30. 3)30H ～7FH 数据缓冲区的寻址方式 字节寻址方式： 直接寻址 direct 寄存器间接寻址@R0,@R1 例：MOV 56H,A ；字节寻址（56H）8位 MOV R0,#66H MOV @R0,#56H 可以将用户堆栈设在该区内，堆栈指针SP

  31. 2、SFR 及I/O口的操作——只能直接寻址 例： P1 口 90H MOV A,90H MOV A,P1 MOV P1,A 3、关于A累加器有两种寻址方式： MOV A,#23H ; A寄存器寻址 PUSH ACC POP 0E0H 统一编址 ；直接寻址

  32. 4、可做片内RAM的指针有： R0，R1， 四个组共有8个 预先设置RS1、RS0，以选定组。 SETB RS0 CLR RS1; 1组 MOV R0,#34H ；R0的地址是？ SETB RS1 ; 3组 MOV R0,#68H ; R0的地址是？ R0/R1指向的地址范围：00H~7FH

  33. 片外数据存储区和外部扩展的I/O口的寻址方式 指针：R0,R1 8位 DPTR 16位 指令助记符： MOVX 例： MOV DPTR,#2000H MOV A,#34H MOVX@DPTR,A T2 只能寄存器间接寻址 外部数据存储器的地址，或I/O口的地址 16位 统一编址 高8位地址 或 低8位地址 MOV P2,#20H MOV R0,#00H MOV A,#34H MOVX @R0,A R0/R1指向的地址范围： 00H~0FFH

  34. 3.3 MCS-51 单片机的指令系统 • 指令描述符号简介 • 指令分类： • 数据传送类指令（29）传送类指令举例 • 算术运算类指令（24） • 逻辑运算类指令（24） • 控制转移类指令 （17） • 布尔处理类指令（17）

  35. 指令描述符号（1） P68 • Rn--R0~R7 工作寄存器R0～R7，n=0～7 • direct-- 8位直接地址,表示直接寻址方式 • @Ri-- 只能是R0或R1，所以i=0，1 • #data -- 8位立即数，数据范围00H～FFH • #data16 -- 16位立即数，数据范围0000H～FFFFH • addr16 -- 16位目标地址 • addr11 -- 低11位目标地址

  36. 指令描述符号（2） • rel 8位带符号地址偏移量, [-128，127]补码 • bit 位地址 • $ 当前指令地址 •  •  • ( ) • ( ( ) )

  37. 数据传送类指令(1) 内部 direct 直接 寻址 @Ri 间接 寻址 A 累加器 Rn 寄存器 data 立即数

  38. 数据传送类指令(2) • mov A,Rn ; (A)  (Rn) n=0~7 • mov A,direct ; (A)  (direct) • mov A, @Ri ; (A)  ((Ri)) i=0,1 • mov A,#data ; (A)  #data • mov Rn,A ; (Rn)  (A) • mov Rn,direct ; (Rn)  (direct) • mov Rn,# data; (Rn)  #data

  39. 数据传送类指令(3) MOV @R1,@R0 • mov direct,A ; (direct)  (A) • mov direct,Rn ; (direct)  (Rn) n=0~7 • mov direct,direct ; (direct)  (direct) • mov direct, @Ri ; (direct)  ((Ri)) i=0,1 • mov direct,#data ; (direct)  #data • mov @Ri,A ; ((Ri))  (A) • mov @Ri,direct; ((Ri))  (direct) • mov @Ri,# data ; ((Ri))  #data MOV R3,@R0 MOV @R1, R0 MOV R1, R0

  40. 数据传送类指令(4) 交换指令 • xch A, Rn ; (A)  (Rn) n=0~7 • xch A,direct ; (A)  (direct) • xch A, @Ri ; (A)  ((Ri)) i=0,1 • xchd A,@Ri ; (A 0~3)  ((Ri)0~3 ) • swap A; (A 0~3 ) (A 4~7)

  41. 数据传送类指令(5) 堆栈操作 • pop direct ; (direct)  ((sp)) ,(sp)  (sp)-1 • push direct ; (sp)  (sp)+1,((sp)) (direct) 1、堆栈 一种数据结构，是 “先进后出”的线性表。 2、堆栈操作： 压入 PUSH ， 弹出 POP 3、堆栈区： 占片内RAM 中连续的存储单元 复位后，系统自动将SP指针指向07H 用户可将堆栈区设在30H~7FH数据缓冲区内， MOV SP,#5FH

  42. 堆栈有两种类型：向上生长型和向下生长型，如图2-5所示。 向上生长型堆栈，栈底在低地址单元。随着数据进栈，地址递增，SP 的内容越来越大，指针上移；反之，随着数据的出栈，地址递减，SP的内容越来越小，指针下移。如(b)图所示。 栈顶 栈顶

  43. MCS-51属向上生长型堆栈，这种堆栈的操作规则如下： 进栈操作：先SP加1，后写入数据。 出栈操作：先读出数据，SP减1。 向下生长型堆栈，栈底设在高地址单元。随着数据进栈，地址递减，SP内容越来越小，指针下移；反之，随着数据的出栈，地址递增，SP内容越来越大，指针上移。其堆栈操作规则与向上生长型正好相反。如（a）图所示。

  44. 堆栈的使用有两种方式： 一种是自动方式，即在调用子程序或断点时，断点地址自动进栈。程序返回时，断点地址再自动弹回PC。这种操作无需用户干预。 另一种是指令方式，即使用专用的堆栈操作指令，执行进出栈操作，其进栈指令为PUSH，出栈指令为POP。 例如： 保护现场就是一系列指令方式的进栈操作； 而恢复现场则是一系列指令方式的出栈操作。 需要保护多少数据由用户决定。

  45. 保护现场： PUSH ACC PUSH PSW PUSH 01H ….. 恢复现场： POP 01H POP PSW POP ACC 举例：

  46. 数据传送类指令(6) 外部 • movx A, @Ri ; (A)  ((Ri)) i=0,1 • movx A,@DPTR ; (A)  ((DPTR)) • movx @Ri,A; ((Ri))  (A) • movx @DPTR,A ; ((DPTR))  (A) • movc A,@A+DPTR ; (A) ((A)+(DPTR)) • movc A,@A+PC; (PC)  (PC)+1 , • (A)  ((A)+(PC)) 外部数据 外部程序 内部 16位 mov DPTR,#data16; (DPTR)  #data16

  47. 传送类指令举例： [例3－1]已知（R0）=30H，问执行如下程序，A、R4、30H和31H单元的内容是什么。 MOV A ， #10H MOV R4 ，#36H MOV @R0 ，#7AH MOV 31H ，#01H 解：8031执行上述指令后的结果为： （A）=10H （R4）=36H （30H）=7AH （31H）=01H

  48. [例3－2]设内部RAM中30H单元的内容为40H ，40H单元的内容为10H，P1口作输入口，其输入数据为0CAH，程序及执行后的结果如下： MOV R0，#30H ；单元地址30H送R0中 MOV A ，@R0 ；R0 间址，将30H单元内容送A MOV R1 ，A ；A送R1 MOV B ，@R1；R1间址，将40H单元内容送B MOV @R1，P1；将P1内容送40H单元 MOV P2 ， P1 ；将P1内容送P2 执行结果：(R0)=30H ， （R1）=40H ， （A）=40H ， （B） =10H ，（P1）=0CAH （40H）=0CAH ， (P2)=0CAH

  49. [例3－3]已知片外RAM 的70H单元中的一个数X ，需送到片外RAM的 1010H单元，试编写程序。 解： ORG 1000H MOV R0 ，#70H MOV DPTR ，#1010H MOVX A ，@R0 MOVX @DPTR ，A SJMP $ END 外部RAM之间不能直接传送数据,必须通过累加器A传送 MOVX @DPTR,@R0

  50. [例3－5]设（30H）=X ，（40H）=Y ，试利用堆栈区域实现30H和40H单元中的数据交换。 解：堆栈区是片内RAM的一个数据区，进栈和出栈的数据符合“先进后出”的原则。 MOV SP ，#50H ；设栈底（栈底不存数） PUSH 40H ；（51H） ← （40H） PUSH 30H ；（52H） ← （30H） POP 40H ；（40H） ← （52H） POP 30H ；（30H） ← （51H）

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