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单片机的指令系统和寻址方式

时间:2013-11-27 来源:电气自动化技术网 编辑:编辑部 点击:次 字体设置:

  单片机要正常运作,事先需编制程序,再把程序放入存贮器中,然后由CPU执行该程序。程序是由指令组成的,指令的基本组成是操作码和操作数。单片机的品种很多,设计时怎样表示操作码和操作数,都有各自的规定,再有指令代码也各不相同,因此,必须对所选单片机的全部指令,也就是所谓“指令系统”,有足够的了解。各个系列的单片机虽然有不同的指令系统,但也有其共同性。掌握一种单片机的指令系统,对其它系列单片机可以起到触类旁通的作用。MCS-51单片机应用广泛,派生品种多,具有代表性,所以,这里以MCS-51系列的指令系统为例说明“指令”的组成和应用。

  1、MOVA,#20H

  这条指令表示把20H这个数送入累加器A中(一个特殊功能寄存器)。

  2、ADDA,70H

  这条指令表示把累加器A中的内容(在上例中送入的#20H)和存贮器中地址为70H单元中的内容(也是一个数字),通过算术逻辑单元(英文缩写为ALU)相加,并将结果保留在A中。这里MOV、ADD等称为操作码,而A、#20H、70H等均称为操作数。在汇编语言程序中,操作码通常由英文单词缩写而成,这样有助于记忆,所以又称助记符。如MOV就是英文单词MOVE的缩写,含有搬移的意思;而ADD即为英文单词,其意为相加。因此,对于略懂英语的用户,掌握单片机指令的含意是较为方便的。操作数有多种表示法,如以上的#20H称为立即数,即20H就是真正的操作数。而70H是存贮器中某个单元的地址,在该单元中,放着操作数(比如说是3AH),ADDA,70H不是将70H和A中的内容相加,而是从存贮器70H单元中将3AH取出和A中的内容相加。由上可知,要找到实际操作数,有时就要转个弯,甚至转几个弯,这个过程称为寻址,MCS-51共有7种寻址方式,现介绍如下:

  一、立即寻址:操作数就写在指令中,和操作码一起放在程序存贮器中。把“#”号放在立即数前面,以表示该寻址方式为立即寻址,如#20H。

  二、寄存器寻址:操作数放在寄存器中,在指令中直接以寄存器的名字来表示操作数的地址。例如MOVA,R0就属于寄存器寻址,即将R0寄存器的内容送到累加器A中。

  三、直接寻址:操作数放在单片机的内部RAM某单元中,在指令中直接写出该单元的地址。如前例的ADDA,70H中的70H。

  四、寄存器间接寻址:操作数放在RAM某个单元中,该单元的地址又放在寄存器R0或R1中。

  如果RAM的地址大于256,则该地址存放在16位寄存器DPTR(数据指针)中,此时在寄存器名前加@符号来表示这种间接寻址。如MOVA,@R0。其它还有变址寻址、相对寻址、位寻址等,待以后再详细介绍。可能有人会问,在指令中直接给出实际操作数,不是简单、明了吗?为什么还要用其它几种寻址方式呢?这是因为在编制程序时很难一下子就给出操作数。如用单片机控制温度时,时时需要将给定的控制温度(如20℃)减去环境温度,而环境温度时时有变化,显然无法在程序指令中给出,只有通过一定方式,将其送入某个输入/输出口,再存放在某个寄存器中,这就必须用到寄存器寻址。又如要进行算术运算,要计算每班学员各科成绩的平均值,如果把每个学员的各科都编一个程序,在程序中直接给出该学员各科成绩,再求平均值,显然太麻烦。这里可以编一个求平均成绩的通用程序,把每位学员的成绩送入存贮器的各个单元中,这时可采取直接寻址,一个程序可供每个学员用,不是更方便吗?所以,寻址方式越多,编制程序就越方便、灵活,适用范围就越广。寻址有如找人,如被找的人有手机、BP机、座机电话等多种联系方式则就容易找到他,单片机也是如此,寻址方式越多,找操作数越方便,单片机的功能就越强。前面介绍51系列单片机的寻址方式时,常遇到单片机内部的一些寄存器、累加器A、通用寄存器R0~R7、数据指针DPTR和存贮器等。在以后介绍指令时,数据就要在这些寄存器、存贮器之间传送,或者进行运算。因此,编制程序就需熟悉单片机的内部结构。

  8051单片机的内部总体结构其基本特性如下:

  8位CPU、片内振荡器

  4k字节ROM、128字节RAM

  21个特殊功能寄存器

  32根I/O线

  可寻址的64k字节外部数据、程序存贮空间

  2个16位定时器、计数器

  中断结构:具有二个优先级、五个中断源

  一个全双口串行口

  位寻址(即可寻找某位的内容)功能,适于按位进行逻辑运算的位处理器。除128字节RAM、4k字节ROM和中断、串行口及定时器模块外,还有4组I/O口P0~P3,余下的就是CPU的全部组成。把4kROM换为EPROM就是8751的结构,如去掉ROM/EPROM部分即为8031的框图,如果将ROM置换为Flash存贮器或EEPROM,或再省去某些I/O,即可得到51系列的派生品种,如89C51、AT89C2051等单片机的框图。

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