第2章指令系统与汇编语言程序设计.ppt

第2章 指令系统与汇编语言程序设计,2-1 指令格式,2-2 指令寻址方式,2-3 状态标志,2-4 MCS-51指令系统,单片机指令系统概述,一、MCS-51指令分类 MCS-51单片机共有111条指令。1按指令所占的字节数分类 单字节指令49条 双字节指令46条 三字节指令16条 每条指令的平均字节数：,2按指令执行时间长短分 单周期指令65条 双周期指令44条 四周期指令2条 每条平均执行时间：,2-1 指令格式,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：MOV A，#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：指令操作对象数据、地址、寄存器名及约定符号。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 _and logic与逻辑运算XRL _exclusive or异或运算MUL _Multiply乘法RR _rotate right右循环SJMP _short jump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：MOV A，R0E8HMOV R6，#32H7E 32HMOV 40H，#10075 40 64H,11101000,2-2 指令寻址方式,2-2-1 操作数类型位(b)位寻址区中的一位二进制数据字节(B)8位二进制数据字(W)16位双字节数据2-2-2 寻址方式一.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：MOV A，#40H；A40H 16位立即数：MOV DPTR，#2100H；DPTR2100H,二.直接寻址方式,指令操作数是存储器单元地址，数据在存储器单元中。MOV A，40H；A(40H),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。,56H,例：设存储器两个单元的内容如图所示，执行指令 MOV A，40H后 A=？,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？,三.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:MOV A，R0；AR0设指令执行前 A=20H，R0=40H，执行指令后，A=？，R0=？,四.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:MOV A，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)=？,34H,40H,34H,40H,40H,0100 0000,A,0010 0000,R0,0100 0000,R0,五.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。,例：MOVC A，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=？,12H,2000H,六.位寻址方式 指令给出位地址。一位数据在存储器位寻址区。例：MOV C，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=？,0,2-4MCS-51指令系统分析,指令功能分类：数据传送、数据操作、布尔处理、程序控制。,2-4-1 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。,习题1：找出配对指令，实现反向传送。,指令机器码：11101rrr E8EF11100101 n E5 n1110011i E6、E7 01110100 d 74 d 10101rrr n 1010011i n 85 n1 n2 90 d1 d2,MOV A，Rn；ARn，Rn=R0R7 MOV A，n；A(n)，MOV A，Ri；A(Ri)，Ri=R0、R1 MOV A，#d；Ad，MOV Rn,n；Rn(n)MOV Ri,n；(Ri)(n)MOV n1，n2；(n1)(n2),MOV DPTR，#d1d2；DPTRd1d2,例2-4-1：顺序执行下列指令序列，求每一步执行结果。,MOV A，#30HMOV 4FH，AMOV R0，#20HMOV R0，4FHMOV 21H，20H,例：用两种寻址方式实现，将片内RAM 60H单元的数据传送给累加器A。,解1：MOV A,#60H？,解2：MOV R0，#60H MOV A，R0,；A=30H；(4FH)=30H；R0=20H；(20H)=30H；(21H)=30H,解2：MOV R0，60H？MOV A，R0,解1：MOV A,60H,说明：,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。,1.一条指令中不能同时出现两个工作寄存器：非法指令：MOV R1，R2MOV R2，R0,2.间址寄存器只能使用 R0、R1。非法指令：MOV A，R2,3.SFR区只能直接寻址，不能用寄存器间接寻址。非法指令：MOV R0，#80HMOV A，R0,4.指令表：B：指令字节数，M：机器周期数,（二）外部传送指令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MOVX A，DPTR；A(DPTR)MOVX DPTR，A；(DPTR)A2.Ri作8位数据指针，寻址256B片外RAM空间MOVXA，Ri；A(Ri)MOVXRi，A；(Ri)A,例2-4-2：实现片外数据存储器数据传送(2000H)(2100H)。,MOV DPTR，#2000HMOVX A，DPTRMOV DPTR，#2100HMOVX DPTR，A,习题3：将片外RAM 0000H单元的数据传送到片内RAM的60H单元。,；DPTR=2000H；A=X；DPTR=2100H；(2100H)=X,片外数据存储器不能直接寻址。下列为非法指令：MOVX A，2000H MOVX 2100H，2000H,思考题：为什么对DPTR的数据传送使用内部传送指令？,（三）交换指令 实现片内RAM区的数据双向传送。,1.字节交换指令XCH A，Rn；A RnXCH A，Ri；A(Ri)XCH A，n；A(n),习题4：将片内RAM60H单元与61H单元的数据交换。,例：设A=29H，执行指令 XCH A，2AH后，A=？(2AH)=？,38H,29H,XCH 60H，61H 对吗？,29 H,2.半字节交换指令,XCHD A，Ri；A03(Ri)03 SWAP A；A47 A03,例2-4-3：将片内RAM 2AH和2BH单元中的ASCII码转换成压缩式BCD码存入20H单元。,交换片内RAM 40H单元和 41H单元的低半字节。,（四）堆栈操作指令 入栈指令：PUSH n；SPSP+1，(SP)(n)出栈指令：POP n；(n)(SP)，SPSP-1,例：设 A=02，B=56H，执行下列指令后，SP=？，A=？，B=?,SP,SP 02,SP 56H 02,02H,A,00H,02H,00H,02H,02H,SBR：MOV SP，#30H；设栈底 PUSH A PUSH B MOV A，#0 MOV B，#01 POP B POP A,SP 56H 02,SP 56H 02,56H SP 02,56H 02HSP,(五)查表指令 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。,1DPTR为基址寄存器MOVCA，A+DPTR；A(A+DPTR)查表范围为 64KB 程序存储器任意空间，称为远程查表指令。2PC为基址寄存器MOVCA，A+PC；A(A+PC)常数表只能在查表指令后256B范围内。,例：查表法求Y=X2。设X(0X15)在片内RAM的20H单元中，要求将查表求Y，存入片内RAM21H单元。,1）ORG 1000HSQU:MOV DPTR，#TAB；确定表首地址（基地址）MOV A，20H；取X（偏移量）MOVC A，A+DPTR；查表求Y=X2MOV 21H，A；保存YRET；子程序结束；其它程序段ORG 3000H；常数表格首地址TAB:DB 00，01，04，09，225；平方表,2）指令地址 源程序 ORG 1000H；程序起始地址 1000H SQU:MOV A，20H；取X 1002H ADD A，#3；修正偏移量 1004H MOVC A，A+PC；查表求Y=X2 1005H MOV 21H，A；存结果 1007H RET；子程序结束 1008H TAB:DB 00，01，04；平方表 100BH DB 09，225,思考题：当0X255时，如何用查表法编程求Y=X2。,例：查表法求Y=X2。设X(0X15)在片内RAM的20H单元中，要求将查表求Y，存入片内RAM21H单元。,习题：找出指令错误并改正：,1MOV A，#1000H；A1000H2MOVX A，1000H；A(1000H)片外RAM3MOVC A，1000H；A(1000H)片外ROM4MOVX 60H，A；片外RAM(60H)A5MOV R0，60H；片内RAM：(61H)(60H)MOV 61H，R06.XCH R1，R2；R1R27.MOVX DPTR，#2000H；DPTR2000H8.MOVX 60H，DPTR；片内RAM片外RAM,2-4-2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。,2-3 状态标志,MCS-51 的程序状态字寄存器 PSW 为标志寄存器。其格式如下：,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=Cy7Cy6，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：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2区，其余标志位不变。,解：MOV PSW，#,18H,2-4-2 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1.加法指令,0011 1011+0011 1011 0111 0110,76H 0 0 1 1,1）不带进位加法：ADD A，源操作数ADD A，R2；AA+R2，影响Cy、OV、AC、P 例1：A=3BH，PSW=0，执行指令 ADD A，#3BH求：A=，Cy=，OV=，AC=，P=，PSW=？,01000001=41H,1001 1010 1110 0011+0 1 0111 1101,2）带进位加法：ADDC A，源操作数ADDC A，R2；AA+R2+Cy，影响Cy、OV、AC、P,7DH 1 1 0 0,例2：A=9AH，R2=E3H，PSW=0，执行指令ADDC A，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RAM 41H、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。,ADDS：MOV A，40HADD A，42HMOV 44H，AMOV A，41HADDC A，43HMOV 45H，AMOV A，#0ADDC A，#0MOV 46H，ARET,；取被加数低字节；加上加数低字节；保存和的低字节；取被加数高字节；加上加数高字节；保存和的高字节；求高字节进位；子程序结束,；低字节相加；高字节相加；计算高字节进位；子程序结束,十进制加法指令：ADD A，源操作数DA A带进位十进制加法指令：ADDC A，源操作数DA A十进制加1运算：ADD A,#01 DA A,作业：BCD码加法编程。设X、Y为4位压缩BCD码，求 Z=X+Y。,BCD调整指令：DAA；对 A 中加法结果进行调整,2减法指令SUBB A，源操作数；带借位减法指令,SUBB A，R2；AA-R2-Cy，；影响Cy、OV、AC、P,00 0 0 0 0,习题：编程求双字节减法。设X、Y存在片内 RAM 60H起始单元，计算 Z=X-Y。,例：A=5AH，R2=5AH，Cy=0，执行下列指令SUBB A，R2求：A=，Cy=，OV=，P=，AC=？,3.增量、减量指令,INC 单操作数如：INC R2；R2R2+1DEC 单操作数 如：DEC R2；R2R2-1 INC DPTR；DPTRDPTR+1 不影响标志位状态。,注意：没有指令 DEC DPTR 可用指令 DEC DPL 代替 企图十进制加：INC A DA；非法 十进制加：ADD A，#01；合法 DA A,4.乘除指令,MUL AB；BAAB，Cy0，；当积高字节B=0，OV0；B0，则OV1,例：A=96(60H),B=192(C0H)，执行指令 MUL AB 后，求：A=，B=，Cy=，OV=，P=？解：96 192=18432(4800H),00H 48H 0 1 0,思考题：如何实现多字节数据的乘除运算。,DIV AB；AB，A商，B余数，Cy0，；当除数B=0，OV1；B0，则OV0,例：A=156(F6H)，B=13(0DH)，执行指令 DIV AB 后求：A=，B=，Cy=，OV=，P=？解：156 13=18(12H)，余数=12(0CH)。,12H 0CH 0 0 0,2-4-2 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：CLR A；A02.A取反指令：CPL A；A/A,3.循环移位指令：1）8位循环指令：RL A；A循环左移一位RR A；A循环右移一位,2）9位循环指令：RLC A；带Cy循环左移一位RRC A；带Cy循环右移一位,例2-4-7：设 A=11000101，Cy=0，分别执行下列单条指令：CPL A 求：A=，Cy=RL ARLC A,00111010 0,10001011 0,10001010 1,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。,CLR CMOV A，R5RLC AMOV R5，AMOV A，R6RLC AMOV R6，A,；Cy=0，设 R6=55H，R5=AAH,；R6=01010101，R5=10101010，Cy=0,；R6=01010101，R5=01010100，Cy=1,；R6=10101011，R5=01010100，Cy=0,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,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？,例3-5-8 A=01B，表示随机状态，为1或0，执行下述一组指令执行后A的值如何?XRL A，#0C0H；将累加器A的内容D7、D6取反 ORL A，#03H；将累加器A的内容D1、D0置1ANL A，#0E7H；将累加器A的内容D4、D3清0 解：执行上述指令后，A=100011B。,2-4-4 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b。,一位传送MOV C，b；Cy(b)MOV b，C；(b)Cy,例：将位地址20H的一位数传送到位地址30H中：MOV C，20H MOV 30H，C二位清0、置1、取反：CLR、SETB、CPL：CLR C；Cy0，CLR 40H；(位地址40H)0,三逻辑运算：ANL、ORL：ANL C，40H；CC(40H)ANL C，/40H；CC/(40H),例：设 Cy=1，(位地址40H)=1，执行指令 ANL C，/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.0,0,习题：设累加器A中数据为 29H，Cy=0，执行指令 ORL C，0E3H 后，Cy=?,1,2-4-5 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 nn，执行指令后，PCnn。,2)相对转移：指令给出转移目的与转移指令的相对偏移量e，执行指令后，PCPC+e。,例：地址源程序1000H LJMP 2000H1003H 2000H；转移目的指令,例：地址 源程序1000H SJMP 02 1004H；转移目的指令,一.无条件转移指令 1.长转移指令：LJMP nn；PC nn 指令机器码：02 nnH nnL指令转移范围：64KB,2.绝对转移指令：AJMP pn；PCPC+2；PC100pn100；PC1511不变 指令机器码：pn108 00001，pn70 指令转移范围：2KB(祥见P65)转移时要求转移前后保持 PC1511不变。,相对偏移量 e 的计算式：e=目的指令地址-(转移指令地址+指令字节数)=目的地址-PC当前值,3.短转移指令：SJMP e；PCPC+2，PCPC+e指令机器码：80H，e 相对偏移量 e为8位补码。指令转移范围：向前128向后127字节,编程时，用标号代替转移目的地址，转移指令的操作数交给汇编程序计算。LJMP NEXT；也可AJMP NEXT；或SJMP NEXT NEXT：NOP,例1：计算转移指令的相对偏移量 e，并判断是否超 出转移范围。,例2：求原地踏步指令的指令代码HERE：SJMP HERE,求出指令代码为：80 FE H,相对偏移量=2150H-(2130H+2)=001EH，只取低8位：e=1EH 指令机器码：80 1E H,指令地址源程序2130H SJMP NEXT 2150HNEXT：MOV A，R2,习题：计算程序中转移指令的相对偏移量 e，并判断是否超出转移范围。地址 源程序2130H LOOP：21B0H SJMP LOOP,4间接转移指令(多分支转移指令-散转)JMP A+DPTR.；PCA+DPTR指令机器码 73H，指令转移范围64KB。,KEY:MOV DPTR,#KTAB MOV A,40H ADD A,A JMP A+DPTRKTAB:AJMP FUNC0 AJMP FUNC1 FUNC0:FUNC1:,应用：处理功能键。要求不同功能键执行不同程序段。设每个功能键对应一个键值 X(0XFH)。设X已存入片内RAM的40H单元中。若X=0，则执行程序段FUNC0若X=1，则执行程序段FUNC1。,二条件转移指令,1.判零转移指令JZ e；PCPC+2，；若A=00H，PCPC+e(转移)，；若A00H，PC不变(不转移),条件转移指令形成程序的分支，赋予计算机判断决策能力转移条件：1)标志位的状态 2)位地址中的状态,JNZ e；PCPC+2，若A00H，；PCPC+e(转移)；若A=00H，PC不变(不转移),2.判Cy转移指令JC e；Cy=1则转移，Cy=0不转移 JNC e；Cy=0则转移，Cy=1不转移,3.判位转移指令JB b，e；(b)=1转移，否则不转移JNB b，e；(b)=0转移，否则不转移,4.判位清0转移指令：JBC b，e；(b)=1转移,且(b)0，否则不转移,5.比较不相等转移指令：CJNE 操作数1，操作数2，e,CJNE A，n，e；PCPC+3；若A(n)，则PCPC+e；且当A(n)，Cy=0，当A(n)，Cy=1；若A=(n)，PC不变，且Cy=0。,相当于两个操作数相减，仅影响标志状态，不保存结果,6循环转移指令：DJNZ 操作数，e DJNZ R2，e；PCPC+2，R2R2-1；若R20，PCPC+e，；若R2=0，顺序执行。,例：用于循环结构程序。设要求程序循环执行100次MOV R2，#100；设循环计数器初值LOOP：；多次循环程序段 DJNZ R2，LOOP；循环控制；循环结束,思考：当循环计数器初值为0，循环次数是多少？,2-4-6 子程序,定义：具有完整功能的程序片段，供主程序调用。功能：供主程序在需要时调用。子程序可以在程序中反复多次使用，以简化源程序的书写。特点：子程序可以嵌套，有利于模块化程序设计。,2-4-6,一长调用指令(3字节)LCALL nn；PCPC+3,；SPSP+1，(SP)PCL，SPSP+1，(SP)PCH；PCnnnn为子程序起始地址，编程时可用标号代替。指令机器码：12 nnH nnL 指令调用范围：64KB,子程序调用过程：,与转移指令不同：转移时，先用堆栈自动保存当前地址(断点),二绝对调用指令(2字节)ACALL pn；PCPC+2；SPSP+1，(SP)PCL，SPSP+1，(SP)PCH；PC100pn100；PC1511不变pn为子程序首地址指令机器码：pn10810001，pn70 指令调用范围 2KB。,三子程序返回指令RET；PCH(SP)，SPSP-1，PCL(SP)，PSP-1指令机器码：22HRET指令从堆栈中自动弹出原先保存的PC断点地址，实现子程序返回。,20H 92H,21H 53H,SP,PC,2000H,208FH,2092H,2100H,2150H,2153H,2200H,2250H,2251H,2153H,2092H,21FFH,2200H,SP,SP,SP,SP,SP,SP,MAIN：MOV SP，#30H；设置栈底 LCALL SUB；调用子程序 SUB:；子程序段 RET；返回主程序,例：子程序嵌套,SP,SP,SP,注意：1.子程序起始指令要使用标号，用作子程序名。2.执行返回指令RET之前，保证栈顶内容为主程序返回地址，以便正确返回主程序。,常用格式：MAIN：；主程序LCALL SUBR；调用SUBRSUBR：；子程序首地址RET；子程序返回,注意：1.子程序起始指令要使用标号，用作子程序名。2.执行返回指令RET之前，保证栈顶内容为主程序返回地址，以便正确返回主程序。,常用格式：MAIN：；主程序LCALL SUBR；调用SUBRSUBR：；子程序首地址RET；子程序返回,