【導(dǎo)讀】Single-chipponents. sen

　　

【正文】 即指令的功能；操作數(shù)表示參加操作的數(shù)或操作數(shù)所在的地址（即操作數(shù)所存放的地方編號(hào)）。因?yàn)閱纹瑱C(jī)是一種可編程器件，只“認(rèn)得”二進(jìn)碼（ 0、 1）。要單片機(jī)運(yùn)作，單片機(jī)系統(tǒng)中的所有指令，都必須以二進(jìn)制編碼的形式來(lái)表示。例如，在 Intel 公司的MCS－ 51 系列單片機(jī)中，從存貯器中取出一數(shù)到 CPU 中的累加器（在運(yùn)算器中，參與運(yùn)算、存放運(yùn)算結(jié)果的專用寄存 器）的指令代碼為 74H，累加器內(nèi)容加立即數(shù)的代碼為 24H，再加上立即數(shù)代碼，累加器送數(shù)到內(nèi)部 RAM 存貯器的代碼為F6H～ F7H 等。這些指令是用十六進(jìn)制表示二進(jìn)制的機(jī)器碼。 MCS－ 51 單片機(jī)的字長(zhǎng)為 8 位，有時(shí)，要完成某 些操作用一個(gè)字節(jié)尚不能充分表達(dá)。所以，在指令系統(tǒng)中有單字節(jié)指令，也有多字節(jié)指令。機(jī)器碼是由一連串的 0 和 1 組成，沒有明顯的特征，不好記憶，不易理解，易出錯(cuò)。所以，直接用它來(lái)編寫程序十分困難。因而，人們就用一些助記符（ Mue monic） —— 通常是指令功能的英文縮寫來(lái)代替操作碼，如 MCS－ 51 中數(shù)的傳送常用 MOV（ Move 的縮寫）、加法用 Add(Addition 的縮寫）來(lái)作為助記符。這樣，每條指令有明顯的動(dòng)作特征，易于記憶和理解，也不容易出錯(cuò)。用助記符來(lái)編寫的程序稱為匯編語(yǔ)言程序。但是，助記符編寫的程序便于人理 解，可單片機(jī)卻只認(rèn)識(shí)二進(jìn)制機(jī)器代碼，因此，為了讓單片機(jī)能“讀懂”匯編語(yǔ)言程序必須再轉(zhuǎn)換成由二進(jìn)制機(jī)器碼構(gòu)成的程序，這種轉(zhuǎn)換過程，就稱為“匯編”。匯編可借助于人工查表法來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可借助 PC 機(jī)通過所謂“交叉匯編程序”來(lái)完成。由機(jī)器碼構(gòu)成的用戶程序一旦“進(jìn)入”了單片機(jī)，再“啟動(dòng)”單片機(jī)，就可讓它執(zhí)行輸入程序所規(guī)定的任務(wù)。 單片機(jī) 8051 的 CPU 由運(yùn)算器和控制器組成。 一、運(yùn)算器 運(yùn)算器以完成二進(jìn)制的算術(shù) /邏輯運(yùn)算部件 ALU 為核心，再加上暫存器 TMP、累加器 ACC、寄存器 B、程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器 PSW 及布爾處理器 。累加器 ACC 是一個(gè)八位寄存器，它是 CPU 中工作最頻繁的寄存器。在進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算時(shí)，累加器 ACC 往往在運(yùn)算前暫存一個(gè)操作數(shù)（如被加數(shù)），而運(yùn)算后又保存其結(jié)果（如代數(shù)和）。寄存器 B 主要用于乘法和除法操作。標(biāo)志寄存器 PSW 也是一個(gè)八位寄存器，用來(lái)存放運(yùn)算結(jié)果的一些特征，如有無(wú)進(jìn)位、借位等。其每位的具體含意如下所示。 PSW CY AC FO RS1 RS0 OV － P 對(duì)用戶來(lái)講，最關(guān)心的是以下四位。 1 進(jìn)位標(biāo)志 CY（ PSW 7）。它表示了運(yùn)算是否有進(jìn)位（或借位）。如果操作結(jié)果在最高位有進(jìn)位（加法）或者 借位（減法），則該位為 1，否則為 0。 2 輔助進(jìn)位標(biāo)志 AC。又稱半進(jìn)位標(biāo)志，它反映了兩個(gè)八位數(shù)運(yùn)算低四位是否有半進(jìn)位，即低四位相加（或減）有否進(jìn)位（或借位），如有則 AC 為 1 狀態(tài)，否則為 0。 3 溢出標(biāo)志位 OV。 MCS－ 51 反映帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果是否有溢出，有溢出時(shí)，此位為 1，否則為 0。 4 奇偶標(biāo)志 P。反映累加器 ACC 內(nèi)容的奇偶性，如果 ACC 中的運(yùn)算結(jié)果有偶數(shù)個(gè) 1（如 11001100B，其中有 4 個(gè) 1），則 P 為 0，否則， P=1。 PSW 的其它位，將在以后再介紹。由于 PSW 存放程序執(zhí)行中的狀態(tài)，故又 叫程序狀態(tài)字 ?運(yùn)算器中還有一個(gè)按位（ bit）進(jìn)行邏輯運(yùn)算的邏輯處理機(jī)（又稱布爾處理機(jī)）。其功能在介紹位指令時(shí)再說(shuō)明。 二、控制器 控制器是 CPU 的神經(jīng)中樞，它包括定時(shí)控制邏輯電路、指令寄存器、譯碼器、地址指針 DPTR 及程序計(jì)數(shù)器 PC、堆棧指針 SP 等。這里程序計(jì)數(shù)器 PC 是由16 位寄存器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器。要單片機(jī)執(zhí)行一個(gè)程序，就必須把該程序按順序預(yù)先裝入存儲(chǔ)器 ROM 的某個(gè)區(qū)域。單片機(jī)動(dòng)作時(shí)應(yīng)按順序一條條取出指令來(lái)加以執(zhí)行。因此，必須有一個(gè)電路能找出指令所在的單元地址，該電路就是程序計(jì)數(shù)器 PC。當(dāng)單片機(jī)開始執(zhí)行 程序時(shí)，給 PC 裝入第一條指令所在地址，它每取出一條指令（如為多字節(jié)指令，則每取出一個(gè)指令字節(jié)）， PC 的內(nèi)容就自動(dòng)加 1，以指向下一條指令的地址，使指令能順序執(zhí)行。只有當(dāng)程序遇到轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用指令，或遇到中斷時(shí)（后面將介紹）， PC 才轉(zhuǎn)到所需要的地方去。 8051 CPU碢 C 指定的地址，從 ROM 相應(yīng)單元中取出指令字節(jié)放在指令寄存器中寄存，然后，指令寄存器中的指令代碼被譯碼器譯成各種形式的控制信號(hào)，這些信號(hào)與單片機(jī)時(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖在定時(shí)與控制電路中相結(jié)合，形成按一定時(shí)間節(jié)拍變化的電平和時(shí)鐘，即所謂控制信 息，在 CPU 內(nèi)部協(xié)調(diào)寄存器之間的數(shù)據(jù)傳輸、運(yùn)算等操作。 三、存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是單片機(jī)的又一個(gè)重要組成部分，圖 6 給出了一種存儲(chǔ)容量為 256個(gè)單元的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖。其中每個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)地址， 256 個(gè)單元共有256 個(gè)地址，用兩位 16 進(jìn)制數(shù)表示，即存儲(chǔ)器的地址（ 00H～ FFH）。存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放一個(gè)八位二進(jìn)制信息，通常用兩位 16 進(jìn)制數(shù)來(lái)表示，這就是存儲(chǔ)器的內(nèi)容。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元地址和存儲(chǔ)單元的內(nèi)容是不同的兩個(gè)概念，不能混淆。 一、程序存儲(chǔ)器 程序是控制計(jì)算機(jī)動(dòng)作的一系列命令，單片機(jī)只認(rèn)識(shí)由 “ 0”和“ 1”代碼構(gòu)成的機(jī)器指令。如前述用助記符編寫的命令 MOV A，＃ 20H，換成機(jī)器認(rèn)識(shí)的代碼 74H、 20H：（寫成二進(jìn)制就是 01110100B 和 00100000B）。在單片機(jī)處理問題之前必須事先將編好的程序、表格、常數(shù)匯編成機(jī)器代碼后存入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，該存儲(chǔ)器稱為程序存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器可以放在片內(nèi)或片外，亦可片內(nèi)片外同時(shí)設(shè)置。由于 PC 程序計(jì)數(shù)器為 16 位，使得程序存儲(chǔ)器可用 16 位二進(jìn)制地址，因此，內(nèi)外存儲(chǔ)器的地址最大可從 0000H 到 FFFFH。 8051 內(nèi)部有 4k 字節(jié)的ROM，就占用了由 0000H～ 0FFFH 的最低 4k 個(gè)字節(jié)，這時(shí)片外擴(kuò)充的程序存儲(chǔ)器地址編號(hào)應(yīng)由 1000H開始，如果將 8051當(dāng)做 8031使用，不想利用片內(nèi) 4kROM，全用片外存儲(chǔ)器，則地址編號(hào)仍可由 0000H 開始。不過，這時(shí)應(yīng)使 8051 的第 {31}腳（即 EA 腳）保持低電平。當(dāng) EA 為高電平時(shí)，用戶在 0000H 至 0FFFH 范圍內(nèi)使用內(nèi)部 ROM，大于 0FFFH 后，單片機(jī) CPU 自動(dòng)訪問外部程序存儲(chǔ)器。 二、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器由讀寫存儲(chǔ)器 RAM 組成。其最大容量可擴(kuò)展到 64k，用于存儲(chǔ)實(shí)時(shí)輸入的數(shù)據(jù)。 8051 內(nèi)部有 256 個(gè)單元的內(nèi)部 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其中00H～ 7FH 為內(nèi)部隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM， 80H～ FFH 為專用寄存器區(qū)。實(shí)際使用時(shí)應(yīng)首先充分利用內(nèi)部存儲(chǔ)器，從使用角度講，搞清內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)和地址分配是十分重要的。因?yàn)閷?lái)在學(xué)習(xí)指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)經(jīng)常用到它們。 8051內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址由 00H 至 FFH 共有 256 個(gè)字節(jié)的地址空間，該空間被分為兩部分，其中內(nèi)部數(shù)據(jù) RAM 的地址為 00H～ 7FH（即 0～ 127）。而用做特殊功能寄存器的地址為 80H～ FFH。在此 256 個(gè)字節(jié)中，還開辟有一個(gè)所謂“位地址”區(qū)，該區(qū)域內(nèi)不但可按字節(jié)尋址，還可按“位（ bit）”尋址。對(duì)于那些需要進(jìn)行位操作的數(shù)據(jù)，可以存放到這個(gè)區(qū)域。從 00H 到 1FH 安排了四組工作寄存器，每組占用 8 個(gè) RAM 字節(jié)，記為 R0～ R7。究竟選用那一組寄存器，由前述標(biāo)志寄存器中的 RS1 和 RS0 來(lái)選用。在這兩位上放入不同的二進(jìn)制數(shù)，即可選用不同的寄存器組，如附表 1 所示。 三、特殊功能寄存器 特殊功能寄存器（ SFR）的地址范圍為 80H～ FFH。在 MCS－ 51 中，除程序計(jì)數(shù)器 PC 和四個(gè)工作寄存器區(qū)外，其余 21 個(gè)特殊功能寄存器都在這 SFR 塊中。其中 5 個(gè)是雙字節(jié)寄存器，它們共占用了 26個(gè)字節(jié)。各特殊功能 寄存器的符號(hào)和地址見附表 2。其中帶＊號(hào)的可位尋址。特殊功能寄存器反映了 8051 的狀態(tài)，實(shí)際上是 8051 的狀態(tài)字及控制字寄存器。用于 CPU PSW 便是典型一例。這些特殊功能寄存器大體上分為兩類，一類與芯片的引腳有關(guān)，另一類作片內(nèi)功能的控制用。與芯片引腳有關(guān)的特殊功能寄存器是 P0～ P3，它們實(shí)際上是 4 個(gè)八位鎖存器（每個(gè) I/O 口一個(gè)），每個(gè)鎖存器附加有相應(yīng)的輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器就構(gòu)成了一個(gè)并行口。 MCS－ 51 共有 P0～ P3 四個(gè)這樣的并行口，可提供 32 根 I/O線，每根線都是雙向的，并且大都有第二功能。其余用于芯片 控制的寄存器中，累加器 A、標(biāo)志寄存器 PSW、數(shù)據(jù)指針 DPTR 等的功能前已提及，而另一些寄存器的功能在后面有關(guān)部分再作進(jìn)一步介紹 單片機(jī)的指令系統(tǒng)和尋址方式 單片機(jī)要正常運(yùn)作，事先需編制程序，再把程序放入存貯器中，然后由 CPU執(zhí)行該程序。程序是由指令組成的，指令的基本組成是操作碼和操作數(shù)。單片機(jī)的品種很多，設(shè)計(jì)時(shí)怎樣表示操作碼和操作數(shù)，都有各自的規(guī)定，再有指令代碼也各不相同，因此，必須對(duì)所選單片機(jī)的全部指令，也就是所謂“指令系統(tǒng)”，有足夠的了解。各個(gè)系列的單片機(jī)雖然有不同的指令系統(tǒng)，但也有其共同性。掌握 一種單片機(jī)的指令系統(tǒng)，對(duì)其它系列單片機(jī)可以起到觸類旁通的作用。 MCS－ 51 單片機(jī)應(yīng)用廣泛，派生品種多，具有代表性，所以，這里以 MCS－ 51 系列的指令系統(tǒng)為例說(shuō)明“指令”的組成和應(yīng)用。