单片机2011上课件

单片机原理及应用2012.2前言

计算机系统逐渐形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。

嵌入式计算机系统具有体积小、功耗和成本低廉的特点，广泛应用于工业测控领域，完成数据处理、模拟仿真、图像处理、网络通信等功能。

嵌入式技术应用：家用电器、汽车、机器人、仪器仪表，在核电仪控系统中也有大量的应用。以典型代表80C51单片机为例，从系统设计和开发角度，对广泛应用于核仪控领域的嵌入式计算机技术有一个初步了解前言课程简介： 通过本课程的学习，掌握80C51单片机的硬件基本结构、内部各种功能部件的工作原理及编程控制、指令系统以及各种常用硬件接口的设计，学习如何根据工程开发任务的要求，实现80C51单片机应用系统的设计。前言教学形式及考核方式：课堂教学（理论授课）、闭卷考试总成绩=平时成绩+考试成绩第1章绪论

单片机（singlechipmicrocomputer),指将CPU、RAM、ROM、定时器/计数器以及输入/输出接口电路等计算机主要部件集成在一块集成电路上的微型计算机。

是典型的MCU(MicrocontrollerUnit)§1.1单片机发展过程单片机的发展历程

20世纪70年代随着微处理器研制成功，出现了单片机,1976年Intel公司的MCS-48；Motorola公司的6801、6802；Zilog公司的Z-8等,典型产品MCS-51(80c51、80c52……)8位机，MCS-96是16位机SCM---------->MCU---------->SoC（始于20世纪90年代中期）SingleChipMicrocomputerMicroControllerUnitSystemOnChip各公司典型产品（1）美国Intel公司

MCS-51系列及其增强型、扩展型系列;（2）美国ATMEL公司89C51、89C52、89C55、89S52等;（3）荷兰PHILIPS公司8xC552系列;（4）美国Motorola半导体公司（飞思卡尔）6801系列等.MCS-51和80C51简介第一代

1976年，MCS-48

将计算机CPU和外围芯片集成到一个芯片上第二代

MCS-51的8051、8052

技术特点是向外部接口电路扩展——扩大了存储器空间RAM和ROM。8031与8051及8751内部结构基本相同，区别在于8031不含片内程序存储器，8751片内程序存储器为EPROM第三代

80C51

技术特点是CMOS化，集成度高，速度快，功耗低。80C51是以MCS-51的HCMOS基础上发展而来，结构与MCS-51基本相同，主要对外部接口进行了扩展。从应用和设计开发角度两者区别不大。

值得注意的是，在单片机硬件发展的同时，单片机软件开发语言也发生了变化，高级语言已经逐渐替代汇编语言MCS-51和80C51简介（1）基本型

典型产品：8031/8051/8751内部RAM增到256字节，8052、8752的内部程序存储器扩展到8KB，16位定时器/计数器增至3个。（3）低功耗型

典型产品：80C31/87C51/80C51。采用CMOS工艺,适于电池供电或其它要求低功耗的场合。（2）增强型

典型产品：8032/8052/8752§1.2

单片机与嵌入式系统1、嵌入式系统通用计算机与嵌入式计算机嵌入式计算机通用计算机工业控制器智能仪表PC机大型计算机工作站航空、航天机器人嵌入式系统发展趋势目前，随着ARM处理器在全球的流行，32位/64位RISC嵌入式微处理器已经成为中高端嵌入式应用和设计的主流。

民用领域包括数码产品、智能家电等以及工业及军用领域应用多种应用对系统的功能和性能上提出了更多和更高的要求：多功能化多核结构处理器更低功耗更宽的工作电压范围更先进的工艺和更小的封装低噪声布线技术RISC和CISC的比较RISC(reducedinstructionsetcomputer):精简指令集计算机，计算机中约20%的指令承担了80%的工作，IBM研究中心于1974年提出了RISC的概念CISC(ComplexInstructionSetComputer):复杂指令集计算机，早期的计算机部件比较昂贵，主频低，运算速度慢。为了提高运算速度，人们不得不将越来越多的复杂指令加入到指令系统中，以提高计算机的处理效率。RISCCPU包含有较少的单元电路，因而面积小、功耗低；而CISCCPU包含有丰富的电路单元，因而功能强、面积大、功耗大。RISC机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断；而CISC机器是在一条指令执行结束后响应中断。由于RISC指令系统的确定与特定的应用领域有关，故RISC机器更适合于专用机；而CISC机器则更适合于通用机。嵌入式系统的特点嵌入式系统一般是面向特定应用的，具有低功耗、体积小、高集成度等特点；软件上量体裁衣；与应用有机结合在一起，生命周期较长；为提高速度和可靠性，软件固化在存储芯片或单片机中。嵌入式系统的应用领域1、家用电器2、办公自动化3、商业营销4、工业自动化5、智能仪表与智能传感器6、汽车电子与航空航天电子核电站中哪些地方用到了嵌入式系统？数字化分布式仪表控制系统总体纵向分为四层

2)系统级（控制层）：执行信号采集、数据处理和执行保护与控制功能。该级包括：反应堆保护系统、数据采集与处理系统、反应堆控制系统等；

3)

机组级（过程信息处理层）：处理一个机组的所有数据，执行机组的监测、控制和信息显示功能，是人机接口的界面。主要包括：主控室，数据处理和显示系统以及报警系统，应急控制室等；1)

现场级（输入/输出层）：执行过程输入和输出功能。它是系统级与核电站工艺设备之间信号传递的桥梁；4)

电站级（管理层）：处理所有机组公用数据。单片机核仪表相比较模拟电路仪表，单片机核仪表有以下特点：电气结构简单，仪表的可靠性高；实现一机多路测量；具有故障诊断功能，维修快捷，操作简化；可实现模拟电路难以实现的数学运算，提高测量精度；在相同结构上，采用不同软件可满足仪表不同需要，实现处理硬件结构通用化。思考题及习题1．除了单片机这一名称之外，单片机还可称为（）和（）。2．单片机的发展大致分为哪几个阶段？3．MCS-51系列单片机的基本型芯片分别为哪几种？它们的差别是什么？4．MCS-51系列单片机与80C51系列单片机的异同点是什么？

5．在家用电器中使用单片机应属于微计算机的 （A）辅助设计应用 （B）测量、控制应用 （C）数值计算应用 （D）数据处理应用7．说明单片机主要应用在哪些领域？8．微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机它们之间有何区别？6．8051与8751的区别是：（A）内部数据存储单元数目的不同；（B）内部数据存储器的类型不同；（C）内部程序存储器的类型不同；（D）内部的寄存器的数目不同。§2.1

单片机的基本组成CPU运算部件控制部件BRAMP0口P2口ROM(EPROM)串行口

C/T中断系统SFRP1口8P3口888XTAL1XTAL2PSENALEEARESETVccVss1.微处理器2.数据存储器3.程序存储器4.I/O口5.串行口6.定时/计数器7.中断系统8.特殊功能寄存器片内总线按功能可分成8个部件，通过片内单一总线连接起来控制方式：SFR对各功能部件集中控制1、中央处理器(CPU) 和通用处理器基本相同，只是增加了“面向控制”的处理功能，如位处理、查表、乘除法运算、跳转指令、状态检测以及中断处理等。2、数据存储器（RAM) 单片机中采用随机存储器RAM存储工作变量和数据，分为片内RAM和片外RAM。一般单片机内部RAM的容量为65～256字节。寄存器在逻辑上划分在片内RAM中。3、程序存储器(ROM) 应用程序一般不需改变，因此需永久保存，采用ROM,也分为片内和片外。程序芯片类型包括ROM、PROM（掩模ROM）、EPROM以及E2PROM等。ROMPROMEPROMEEPROM7、中断系统

80C51有5个中断源（2个外部中断、2个定时/计数器中断、1个串行中断），支持2级中断嵌套和中断优先级设置（通过设置IP实现)。默认优先级如下表8、特殊功能寄存器（SFR） 特殊功能寄存器在物理上存在于片内RAM中，在逻辑上功能独立，80C51共定义了21个SFR，用以存放相应功能部件的控制命令、状态或数据。中断源入口地址优先权说明外部中断00003H最高来自P3.2的外部中断请求定时器0000BHT0溢出使中断请求标志位TF0有效外部中断10013H来自P3.3的外部中断请求定时器1001BHT1溢出使中断请求标志位TF0有效串行口0023H最低发送/接受一帧信息后使TI/RI有效80C51的封装形式有40引脚双列直插（DIP）和44引脚方型扁平式（QFP）§2.280C51单片机的引脚功能和结构框图

PC=PC+1§2.380C51单片机的结构和特点1.中央控制器与运算器一起构成中央处理器，主要包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器、条件转移逻辑电路及定时控制逻辑电路。（1）程序计数器PC和数据指针DPTRPC（16位）存放着下一条将要从程序存储器取出的指令的地址。①基本工作方式，程序计数器自动加1②执行条件或无条件跳转指令，程序计数器被置入新的数值程序流向发生变化

如：JMP@A+DPTR③执行调用指令或响应中断时：（PC当前值）堆栈（程序入口地址或中断矢量地址）PC程序遇到RET或RETI时，（栈顶）PCPC的工作方式如下：

MOV DPTR,#7EFFH MOVX@DPTR,A MOV R7,#20 LOOP: DJNZ R7,LOOP MOVXA,@DPTR MOV R0,A INC DPH MOVXA,@DPTR MOV R1,A RETPCDPTR是一个功能16位特殊功能寄存器，主要用途是片外数据存储器寻址的地址寄存器：例如MOVX A,@DPTR读MOVX@DPTR,A写DPTR除作为16位寄存器，还可以分成2个8位寄存器使用——DPH和DPL，例如INCDPHPC与DPTR的异同？（2）指令寄存器IR（存放指令操作码）、指令译码器及控制逻辑

条件转移逻辑电路主要用来控制程序的分支转移，有如下几种：进位标志位、溢出标志位、奇偶标志位、累加器为0状态、F0、位寻址空间（1）算数逻辑单元ALU2.运算器（2）累加器A（3）B寄存器（4）程序状态子PSW（5）暂存寄存器（1）算数逻辑单元ALU(ArithmeticLogicalUnit)寄存器立即数直接寻址单元内部RAM寄存器B进位/借位算数逻辑运算可完成的操作：带进位和不带进位的加、减及8位乘、除法逻辑运算ANL、ORL和XRL增量或减量运算INC、DEC位操作运算：置位、复位、取反等左移位、右移位半字节交换BCD码修正运算计算结果（2）累加器A(Accumulator

)是ALU单元的输入之一，又是ALU结果的存放单元是数据传送的中转站，不仅数据传送，还包括查表操作，例如：MOVA,R2;

MOVCA,@A+DPTR;例如：ADDA,R2;

JZLOOP1;（3）B寄存器——在乘除法运算中作为ALU的输入之一乘法中，ALU的两个输入分别是A(积的低8位），B(积的高8位）除法中，A作为被除数和商，B作为除数和余数。（4）程序状态字PSW(ProgramStatusWord)PSW是1个逐位定义的8位的寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0CPF1OVRS0RS1F0AC奇偶标志位空溢出标志位用户标志位半进位标志（DA中用）进位标志寄存器选择控制位3.时钟电路及CPU的时序（1）时钟电路80C51单片机时钟电路主要包括：振荡器及定时控制元件、内部时钟发生器、ALE信号内部时钟方式外部时钟方式

C1和C2典型值通常选择为30pF左右。晶体的振荡频率在1.2MHz～12MHz之间。某些高速单片机芯片的时钟频率已达40MHz。（2）时序定时单位80C51时序定时单位共有4个：节拍（时钟周期）、状态（周期）、机器周期、指令周期节拍与状态：一个状态包括两个节拍，其前半周期对应的节拍称为P1，后半周期对应的节拍称为P2。机器周期：一个机器周期有6个状态(S1~S6)，由于一个状态包含2个节拍，所以共有12个节拍(S1P1,S1P2,S2P1,…S6P2)指令周期：执行一条指令所需的时间，80C51根据指令的不同，可包含1、2、4个机器周期（3）80C51指令时序80C51共有111条指令，按指令字长可分为：单字节、双字节和三字节指令按周期数可分为：单字节单周期、单字节双周期、双字节单周期、双字节双周期、三字节双周期以及单字节4周期指令。MOVX指令(单字节双周期)§2.480C51单片机的存储结构和地址空间80C51单片机的存储器采用Harvard结构——程序存储器和数据存储器截然分开，各有自己的寻址方式、寻址空间和控制系统。在物理上有4个存储空间：程序存储器：片内程序存储器； 片外程序存储器。数据存储器：片内数据存储器； 片外数据存储器。在逻辑上有3个存储地址空间：片内、片外统一的64KB程序存储器地址空间；片内256（或384）字节数据存储器地址空间；片外64KB数据存储器地址空间；存储器空间划分若单片机的端接“1”，则805l片内程序存储器占用0000H-0FFFH的最低4K字节，故当寻址范围在1000H-FFFFH时，则从片外程序存储器取指令；若单片机的端接”0”,则MCS-51系列单片机均在片外程序存储器中取指令。PC值指向程序指令操作码单元，则程序执行该指令操作；PC值指向常数、表格单元，则实现取数、查表操作。因此，程序存储器的操作为程序运行与查表操作两类。8051片内有4k字节的ROM/EPROM，片外用16位地址线扩充64K字节的ROM，两者是统一编址的。80C5180C52工作寄存器：00H~1FH位寻址区：20H~2FH数据缓冲器:30H~7FH内部数据存储器(00H～FFH)外部数据存储器(0000H～FFFFH)特殊功能寄存器(SFR)：80H~FFH（1）程序存储器80C51的程序存储器主要用于存放：应用程序、表格等固定常数80C51的程序存储器分为片内和片外，访问通过引脚电平决定；程序存储器的某些单元被保留用于特定程序入口地址；EA片内程序存储器类型有：掩膜ROM、OPTROM和MTBROM(EPROM、E2PROM）复位或非屏蔽中断0000H外部中断00003H计时器T0溢出000BH外部中断10013H计时器T1溢出001BH串行口中断0023H计时器T2/T2EX下降沿002BH（2）数据存储器

片内数据存储器工作寄存器：内部RAM的最低32个字节(00H~FFH),共分4组,每组8个（R0~R7）特殊功能寄存器(SFR)：P0~P3口寄存器、定时/计数器寄存器串口数据缓冲器、I/O端口锁存器以及各种控制寄存器和状态寄存器。地址：80H~F0H字节寻址区（数据缓冲器）：位寻址区：内部RAM的20H~2FH,这16个单元的位地址范围是00H~7FHPSW.4(RS1)PSW.3(RS0)当前使用的工作寄存器组000组（00H~07H）011组（08H~0FH)102组（10H~17H）113组（18H~1FH)内部RAM的最低32个字节(00H~FFH),共分4组,每组8个（R0~R7）,工作寄存器通过设置PSW的相应位进行选择，如下表所示D7D6D5D4D3D2D1D0CPF1OVRS0RS1F0AC寄存器选择控制位PSW字节地址位地址765432102FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H28H47H46H45H44H43H42H41H40H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H26H37H36H35H34H33H32H31H30H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H24H27H26H25H24H23H22H21H20H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H22H17H16H15H14H13H12H11H10H21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H20H07H06H05H04H03H02H01H00H字节地址与位地址之间的关系低位地址高位地址89ABCDEF0P0P1P2P3PSWACCB1SP2DPL3DPH4567PCON8TCONSCONIEIPT2CON9TMODSBUFATL0RCAP2LBTL1RCAR2HCTH0TL2DTH1TH2EF特殊功能寄存器(SFR)的空间分布特殊功能寄存器(SFR)的名称和地址§2.580C51单片机的布尔（位）处理器与字节处理器对应，80C51还设置了一个结构完整、功能极强的布尔（位）处理器，具有以下设置：位处理器中的累加器：CY

根据CY的状态，程序转移：JCrel、JNCrel.位寻址的RAM：

RAM中的0～127位（包含在20H~2FH）位寻址的寄存器：

特殊功能寄存器中的位寻址位，例如PSW位寻址的并行I/O口：

并行I/O口中的可以位寻址的位，P1.0位操作指令系统：

置位、清零、取反、位逻辑运算等等§2.680C51单片机的工作方式1.复位方式（1）复位操作——单片机的初始化操作，摆脱死锁状态

引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可使单片机复位。复位时，PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。

除PC之外，复位操作还对其它一些寄存器有影响，见表。

SP=07H，P0-P3的引脚均为高电平。

在复位有效期间，ALE脚和PSEN*脚均为高电平，内部RAM的状态不受复位的影响。00HTCON0000HPC

00HTMOD0×××0000BPCON0×000000BIE不定SBUF

××000000BIP00HSCON0FFHP0~P300HTH10000HDPTR00HTL107HSP00HTH000HPSW00HTL000HACC复位状态寄存器复位状态寄存器（2）复位信号及其产生整个复位电路分片内、外两部分。外部电路产生复位信号（RST)送施密特触发器，再由片内复位电路在S5P2时刻对触发器的输出采样，再得到内部复位操作需要的信号。上电自动复位电平方式脉冲方式2.程序执行方式3.低功耗工作方式（通过电源控制寄存器PCON设置）单片机复位后PC=0000H，因此程序总是从地址0000H开始的，但一般程序不是真正从0000H开始，因此得在0000H开始的单元中存放一条无条件转移指令，以便跳转到实际程序的入口。（1）待机方式（2）掉电方式待机方式的进入：PCON的IDL置1，CPU时钟中断，与CPU有关寄存器冻结待机方式的退出：引入外部中断，PCON的IDL置0，退出待机，进入程序执行方式掉电方式的进入：PCON的PD置1，单片机停止一切工作，但RAM中保存原有数据掉电方式的退出：Vcc恢复正常后，硬件复位信号持续10ms,退出掉电方式思考与练习？80C51系列单片机在片内集成了哪些主要逻辑功能部件？各个逻辑部件的主要功能是什么？80C51存储器在结构上有何特点？在物理上和逻辑上各有哪几种地址空间？访问片内RAM和片外RAM的指令格式有何区别？程序计数器（PC)作为不可寻址寄存器有哪些特点？数据指针DPTR有哪些特点？与PC有何异同？片内RAM低128单元划分为哪三个部分？各部分主要功能是什么？80C51单片机的时钟周期、机器周期、指令周期是如何设置的？当主频为12MHz时，一个机器周期等于多少微秒？执行一条最长的指令需要多少微秒？使单片机复位有几种方法？复位后机器的初始状态如何，即各寄存器及RAM中的状态如何？第3章80C51单片机的指令系统§3.1

概述1.

指令分类（111条指令）按指令所占的字节来分：

(1)单字节指令49条；

(2)双字节指令45条；

(3)三字节指令17条。按指令的执行时间来分：

(1)1个机器周期（12个时钟振荡周期）指令64条

(2)2个机器周期（24个时钟振荡周期）指令45条(3)只有乘、除2条指令的执行时间为4个机器周期2.

指令格式两部分组成，即操作码和操作数。操作码用来规定指令进行什么操作操作数则是指令操作的对象有单字节指令、双字节指令、三字节不同长度的指令，格式不同：（1）单字节指令：指令只有一个字节，操作码和操作数同在一个字节中 例:

ADDA,Rn、NOP、RET（2）双字节指令：一个字节为操作码，另一个字节是操作数。 例:

MOVA,#5EH（3）三字节指令：操作码占一个字节，操作数占二个字节。其中操作数 既可能是数据，也可能是地址 例:

MOV5EH,#5EH§3.2

寻址方式和地址空间寻址方式就是在指令中说明操作数所在地址的方法。共7种寻址方式1．立即寻址操作数在指令中直接给出，需在操作数前面加前缀“#”例如：

MOVA，#3AH；2．直接寻址操作数直接以单元地址的形式给出：

MOVA，3AH；

寻址范围：(1)内部RAM的128个单元(00H~7FH)(2)特殊功能寄存器。除了以单元地址的形式外,还可用寄存器符号的形式给出。例如：MOVA，80H与

MOVA，P0是等价的。操作数在寄存器中

MOVA，Rn；（Rn）→A，n=0～7表示把寄存器Rn的内容传送给累加器A,寻址范围包括：（1）4组通用工作寄存区共32个工作寄存器。（2）部分特殊功能寄存器，例如A、B

以及数据指针寄存器DPTR等。3．寄存器(直接)寻址INCR04．寄存器间接寻址寄存器中存放的是操作数的地址，在寄存器的名称前面加前缀标志“@”,访问内部RAM或外部数据存储器的低256个字节时，只能采用R0或R1作为间址寄存器。例如：

MOVA，@Ri

；i=0或1

其中Ri中的内容为40H，把内部RAM40H单元内容送A。ANLA,@R11寻址范围：（1）访问内部RAM低128个单元，其通用形式为@Ri（2）对片外数据存储器的64K字节的间接寻址，例如：MOVXA，@DPTR（3）片外数据存储器的低256字节,例如：MOVXA，@Ri（4）堆栈区堆栈操作指令PUSH（压栈）和POP（出栈）使用堆栈 指针(SP)作间址寄存器。出栈序列入栈序列为12345，不可能的出栈序列？54321B)321543214531452E)32451

5．相对寻址在相对寻址的转移指令中，给出了地址偏移量，以“rel”表示，即把PC的当前值加上偏移量就构成了程序转移的目的地址：

目的地址=转移指令所在的地址+转移指令的字节数+rel

偏移量rel是一带符号的8位二进制数补码数。JC80H1002H6．变址寻址(1)即基址寄存器+变址寄存器间址寻址方式寻址方式以DPTR或PC作基址寄存器，以累加器A作为变址寄存器。

例如：指令MOVCA，@A+DPTR

其中A的原有内容为05H，DPTR的内容为0400H，该指令执行的结果是把程序存储器0405H单元的内容传送给A。说明：（1）本寻址方式是专门针对程序存储器的寻址方式，寻址范围可达到64KB。（2）本寻址方式的指令只有3条：

MOVCA，@A+DPTR

MOVCA，@A+PC

JMP@A+DPTR6．变址寻址(2)MOVCA,@A+DPTR(A)=54H(DPTR)=3F21H(3F75H)=7FH7．位寻址(1)80C51有位处理功能，可以对数据位进行操作，例如： MOVC，40H

是把位40H的值送到进位位C。寻址范围包括：（1）内部RAM中的位寻址区。位有两种表示方法，例如，40H；另一种是单元地址加上位，例如，(28H).0，指的是28H单元中的最低位。它们是等价的（2）特殊功能寄存器中的可寻址位可寻址位在指令中有如下4种的表示方法：a.直接使用位地址,例如:PSW.5的位地址为0D5H;b.位名称的表示方法,例如:PSW.5是F0标志位，可使用F0表示该位。c.单元地址加位数的表示方法,例如:(0D0H).5。d.特殊功能寄存器符号加位数的表示方法,例如:PSW.5。7．位寻址(2)Rn当前寄存器区的8个工作寄存器R0～R7(n=0～7)。Ri当前选中的寄存器区中可作间接寻址寄存器的2个寄存器R0、R1(i=0,1)。Direct

直接地址，即8位的内部数据存储器单元或特殊功能寄存器的地址。#data

包含在指令中的8位立即数。#data16

包含在指令中的16位立即数。rel

相对转移指令中的偏移量，为8位的带符号补码数DPTR

数据指针，可用作16位的数据地址寄存器。bit

内部RAM或特殊功能寄存器中的直接寻址位。C（或Cy）进位标志位或位处理机中的累加器。addr1111位目的地址addr1616位目的地址@间接寻址寄存器前缀，如@Ri，@A+DPTR(X)X中的内容。((X))

由X寻址的单元中的内容。→箭头右边的内容被箭头左边的内容所取代。指令中符号的意义:§3.3

指令系统1.数据传送类指令(28条)使用最频繁的一类指令,通用格式： MOV<目的操作数>，<源操作数>属“复制”性质，而不是“搬家”数据传送类指令不影响标志位,Cy、Ac和OV，但不包括奇偶标志位P。目的操作数源操作数ARndirect@Ri#dataA√√√√Rn√√√direct√√√√√@Ri√√√（1）以累加器为目的操作数的指令

MOVA,Rn;(Rn)→A，n=0～7

MOVA,@Ri;((Ri))→A,i=0,1 MOVA,direct;（direct）→A

MOVA,#data;#data→A

例如：

MOVA,R6;(R6)→A，寄存器寻址

MOVA,70H;(70H)→A，直接寻址

MOVA,@R0;((R0))→A，间接寻址

MOVA,#78H;78H→A，立即寻址（2）

以Rn为目的操作数的指令

MOVRn,A;(A)→Rn,n=0～7

MOVRn,direct;（direct）→Rn,n=0～7

MOVRn,#data;#data→Rn,n=0～7功能：是把源操作数的内容送入当前一组工作寄存器区的R0～R7中的某一个寄存器。MOVA,RnRnARi@RiMOVA,@RiA画出指令“MOVA,#data;#data→A”执行时的存储器中数据传递状况图（3）以直接地址direct为目的操作数的指令

MOVdirect,A ;(A)→direct MOV direct,Rn ;(Rn)→direct,n=0～7

MOVdirect1,direct2;(direct2)→direct1

MOVdirect,@Ri ;((Ri))→direct MOV direct,#data ;

#data→direct功能：把源操作数送入直接地址指出的存储单元。direct指的是内部RAM或SFR的地址。（4）以寄存器间接地址为目的操作数的指令

MOV@Ri,A;(A)→((Ri)),i=0,1 MOV@Ri,direct;(direct）→((Ri))

MOV@Ri,#data;#data→((Ri))（5）16位数传送指令

(目的地址传送指令)

MOVDPTR,#data16;#data16→DPTR唯一的16位数据的传送指令,立即数的高8位送入DPH，立即数的低8位送入DPL。（一般传送片外数据存储器地址）（6）堆栈操作指令80C51内部RAM中可以设定一个后进先出（LIFO-LastInFirstOut）的区域称作堆栈.堆栈指针SP指出堆栈的栈顶位置。进栈指令

PUSHdirect先将栈指针SP加1，然后把direct中的内容送到栈指针SP指示的内部RAM单元中。例如

当（SP）=60H,（A）=30H,（B）=70H时，执行：

PUSHACC ;(SP)+1=61H→SP,(A)→61H

PUSHB ;(SP)+1=62H→SP,(B)→62H结果：

(61H)=30H,(62H)=70H,(SP)=62H出栈指令

POPdirectSP指示的栈顶（内部RAM单元）内容送入direct字节单元中，栈指针SP减1.例如:

当(SP)=62H，(62H)=70H，(61H)=30H,执行：

POPDPH;((SP))→DPH,(SP)-1→SP

POPDPL

;((SP))→DPL,(SP)-1→SP结果：(DPTR)=7030H，(SP)=60H（7）累加器A与外部数据存储器传送指令 MOVXA,@DPTR ;((DPTR))→A,读外部RAM/IO

MOVXA,@Ri ;((Ri))→A,读外部RAM/IO

MOVX @DPTR,A ;(A)→((DPTR)),写外部RAM/IO

MOVX @Ri,A ;(A)→((Ri)),写外部RAM/IO功能：读外部RAM存储器或I/O中的一个字节，或把A中一个字节的数据写到外部RAM存储器或I/O中。注意：RD*或WR*信号有效。采用DPTR间接寻址，高8位地址（DPH）由P2口输出，低8位地址（DPL）由P0口输出。采用Ri（i=0,1）间接寻址，可寻址片外256个单元的数据存储器。Ri内容由P0口输出。8位地址和数据均由P0口输出，可选用其它任何输出口线来输出高于8位的地址（一般选用P2口输出高8位的地址）。MOV后“X”表示单片机访问的是片外RAM存储器或I/O。（8）查表指令

共两条，用于读程序存储器中的数据表格的指令，均采用基址寄存器加变址寄存器间接寻址方式。

MOVCA,@A+PC以PC作基址寄存器，A的内容作为无符号整数和PC中的内容（下一条指令的起始地址）相加后得到一个16位的地址，该地址指出的程序存储单元的内容送到累加器A。注意：PSEN*信号有效。例如:(A)=30H,执行地址1000H处的指令

1000H:MOVCA,@A+PC本指令占用一个字节，执行结果将程序存储器中1031H的内容送入A。优点：不改变特殊功能寄存器及PC的状态，根据A的内容就可以取出表格中的常数。缺点：表格只能存放在该条查表指令后面的256个单元之内，表格的大小受到限制，且表格只能被一段程序所利用。例如(DPTR)=8100H(A)=40H执行指令

MOVCA,@A+DPTR本指令的执行结果只和指针DPTR及累加器A的内容有关，与该指令存放的地址及常数表格存放的地址无关，因此表格的大小和位置可以在64K程序存储器中任意安排，一个表格可以为各个程序块公用。两条指令是在MOV的后面加C，“C”是CODE的第一个字母，即代码的意思。（9）字节交换指令

XCHA,Rn

XCHA,direct

XCHA,@Ri 例如：

(A)=80H，(R7)=08H，(40H)=F0H(R0)=30H，(30H)=OFH执 行下列指令：

XCHA,R7;(A)与(R7)互换

XCHA,40H;(A)与(40H)互换

XCHA,@R0;(A)与((R0))互换

结果：(A)=0FH,(R7)=80H,(40H)=08H,(30H)=F0H（10）半字节交换指令

XCHDA,@Ri 累加器的低4位与内部RAM低4位交换。 例如：(R0)=60H,(60H)=3EH,(A)=59H 执行完XCHDA,@RO

指令,则(A)=5EH,(60H)=39H。2.算术操作类指令单字节的加、减、乘、除法指令，都是针对8位二进制数。执行的结果对Cy、Ac、OV

三种标志位有影响。但增1和减1指令不影响上述标志。（1）加法指令

共有4条加法运算指令： ADDA,Rn ;(A)+(Rn)→A，n=0～7

ADDA,direct ;(A)+(direct)→A

ADDA,@Ri ;(A)+((Ri))→A,i=0,1 ADDA,#data ;(A)+#data→A使用加法指令时，要注意累加器A中的运算结果对各个标志位的影响：如果位7有进位，则置“1”进位标志Cy，否则清“0”Cy如果位3有进位，置“1”辅助进位标志Ac，否则清“0”Ac（Ac为PSW寄存器中的一位）如果位6有进位，而位7没有进位，或者位7有进位，而位6没有，则溢出标志位OV置“1”，否则清“0”OV。

溢出标志位OV的状态，只有在带符号数加法运算时才有意义。当两个带符号数相加时，OV=1，表示加法运算超出了累加器A所能表示的带符号数的有效范围（2）带进位加法指令标志位Cy参加运算，因此是三个数相加。共4条： ADDC A,Rn ;(A)+(Rn)+C→A，n=0～7 ADDC A,direct ;(A)+(direct)+C→A

ADDC A,@Ri ;(A)+(Ri)+C→A，i=0,1

ADDC A,#data ;(A)+#data+C→A

例：（A）=85H,（20H）=FFH,Cy=1，执行指令：

ADDCA,20H结果:（A）=85H，Cy=1，Ac=1，OV=0，P=1

（A中1的位数为奇数）（3）增1指令5条增1指令：

INCA

INCRn;n=0～7

INCdirect

INC@Ri;i=0,1

INCDPTR不影响PSW中的任何标志。第5条指令INCDPTR，是16位数增1指令。指令首先对低8位指针DPL的内容执行加1的操作，当产生溢出时，就对DPH的内容进行加1操作，并不影响标志Cy的状态。（4）十进制调整指令用于对BCD码十进制数加法运算结果的内容修正。指令格式：

DAA两个BCD码按二进制相加之后，必须经本指令的调整才能得到正确的压缩BCD码的和数。二进制数的加法运算原则并不能适用于十进制数的加法运算，有时会产生错误结果。例如：（a）3+6=90011+0101=1001运算结果正确（b）7+8=150111+1000=1111运算结果不正确（c）9+8=171001+1000=00001C=1结果不正确二进制数加法指令不能完全适用于BCD码十进制数的加法运算，对结果作有条件的修正——十进制调整

出错原因和调整方法：

BCD码只用了其中的10个，6个没用到的编码。（1010，1011，1100，1101，1110，1111）为无效码凡结果进入或者跳过无效码编码区时，其结果就是错误的。调整的方法是把结果加6调整，即所谓十进制调整修正。修正方法应是：（a）累加器低4位大于9或辅助进位位Ac=1，则进行低4位加6修正。（b）累加器高4位大于9或进位位Cy=1，则进行高4位加6修正。（c）累加器高4位为9，低4位大于9，则高4位和低4位分别加6修正。（5）带借位的减法指令4条指令： SUBBA,Rn ;（A）-（Rn）-Cy→A，n=0～7

SUBBA,direct ;（A）-（direct）-Cy→A

SUBBA,@Ri ;（A）-（(Ri)）-Cy→A,i=0,1

SUBBA,#data ;（A）-#data-Cy→A从累加器A中的内容减去指定的变量和进位标志Cy的值，结果存在累加器A中。如果位7需借位则置“1”Cy，否则清“0”Cy；如果位3需借位则置“1”Ac，否则清“0”Ac；如果位6需借位而位7不需要借位，或者位7需借位，位6不需借位，则置“1”溢出标志位OV，否则清例（A）=C9H,（R2）=54H,Cy=1，执行指令:

SUBBA,R2结果：（A）=74H,Cy=0,Ac=0,OV=1（位6向位7借位）（6）减1指令

4条指令： DECA ；(A)-1→A

DECRn ；(Rn)-1→Rn，n=0～7

DECdirect ；(direct)-1→direct

DEC@Ri ；((Ri))-1→（Ri），i=0,1减1指令不影响标志位。

（7）乘法指令

MULAB ；A×B→BA如果积大于255，则置“1”溢出标志位OV

（8）除法指令 DIVAB；A/B→A（商），余数→B如果B的内容为“0”（即除数为“0”），则存放结果的A、B中的内容不定，并置“1”溢出标志位OV。3.逻辑运算指令（1）简单逻辑操作指令CLRA功能是累加器A清“0”。不影响Cy、Ac、OV等标志。CPLA功能是将累加器A的内容按位逻辑取反，不影响标志。（2）循环左移指令RLA功能是累加器A的8位向左循环移位，位7循环移入位0，不影响标志（3）带进位循环左移指令RLCA功能是将累加器A的内容和进位标志位Cy一起向左环移一位，Acc.7移入进位位Cy，Cy移入Acc.0，不影响其它标志（4）循环右移指令RRA功能是累加器A的内容向右环移一位，Acc.0移入Acc.7，不影响其它标志。（5）带进位循环右移指令RRCA这条指令的功能是累加器A的内容和进位标志Cy一起向右环移一位，Acc.0进入Cy，Cy移入Acc.7。（6）累加器半字节交换指令SWAPA将累加器A的高半字节（Acc.7～Acc.4）和低半字节（Acc.3～Acc.0）互换。

例（A）=0C5H，执行指令：

SWAPA

结果：（A）=5CH（7）逻辑与指令

ANLA,Rn

;（A）∧（Rn）→A，n=0～7

ANLA,direct

;（A）∧（direct）→A

ANLA,#data

;（A）∧#data→A

ANLA,@Ri

;（A）∧(（Ri）)→A，i=0～1

ANLdirect,A

;（direct）∧(A)→direct

ANLdirect,#data

;（direct）∧#data→direct例（A）=07H,（R0）=0FDH,执行指令：

ANLA,R0

结果：（A）=05H（8）逻辑或指令 ORLA,Rn ；(A)∨（Rn）→A，n=0～7

ORLA,direct ；(A)∨（direct）→A

ORLA,#data ；(A)∨data→A ORLA,@Ri ；(A)∨((Ri))→A，i=0,1

ORLdirect,A

；（direct）∨(A)→direct

ORLdirect,#data

；（direct）∨#data→direct

例（P1）=05H,（A）=33H，执行指令

ORLP1,A结果：（P1）=37H

（9）逻辑异或指令 XRLA,Rn ；(A)⊕(Rn)→A XRLA,direct ；(A)⊕（direct）→A

XRLA,@Ri ；(A)⊕(（Ri）)→A,i=0,1

XRLA,#data ；(A)⊕#data→A XRLdirect,A ；（direct）⊕（A）→direct

XRLdirect,#data ；（direct）⊕

#data→direct

例

（A）=90H,（R3）=73H执行指令：

XRLA,R3结果：（A）=E3H

4.控制转移类指令(17条)（1）短转移指令AJMPaddrll2K字节范围内的无条件跳转指令，64K程序存储器空间分为32个区，每区2K字节，转移的目标地址必须与AJMP下一条指令的地址的高5位地址码A15~A11相同。执行指令时，先PC加2，然后把addrll送入PC.10～PC.0，PC.15～PC.11保持不变，程序转移到目标地址。本指令是为能与MCS-48的JMP指令兼容而设的。（2）相对转移指令SJMPrel实现的程序转移是双向的。在编写程序时，直接写上要转向的目标地址标号就可以。例如：

LOOP： MOVA，R6

┇

SJMPLOOP ┇程序在汇编时，由汇编程序自动计算和填入偏移量。（3）长跳转指令LJMPaddr16指令执行时把指令的第二和第三字节分别装入PC的高位和低位字节中，无条件地转向addr16指出的目标地址。目标地址可以在64K程序存储器地址空间的任何位置（4）间接跳转指令JMP@A+DPTR由A中8位无符号数与DPTR的16位数内容之和来确定。以DPTR内容作为基址，A的内容作变址。给A赋予不同的值，即可实现程序的多分支转移。2)条件转移指令规定的条件满足，则进行转移，条件不满足则顺序执行下一条指令。当条件满足时，把PC装入下一条指令的第一个字节地址，再把带符号的相对偏移量rel加到PC上，计算出目标地址。(5)判零 JZrel ；如果累加器为“0”，则转移 JNZrel ；如果累加器非“0”，则转移

CJNEA,direct,rel CJNEA,#data,rel CJNERn,#data,rel CJNE@Ri,#data,rel比较前面两个操作数的大小，如果它们的值不相等则转移。如果第一操作数（无符号整数）小于第二操作数（无符号整数），则置进位标志位Cy，否则清“0”Cy。（6）比较不相等转移指令（7、8）减1不为0转移指令这是一组把减1与条件转移两种功能结合在一起的指令。共两条指令： DJNZRn,rel ;n=0～7

DJNZdirect,rel将源操作数（Rn或direct）减1，结果回送到Rn寄存器或direct中去。如果结果不为0则转移。允许程序员把寄存器Rn或内部RAM的direct单元用作程序循环计数器。主要用于控制程序循环。以减1后是否为“0”作为转移条件，即可实现按次数控制循环。（9、10）调用子程序指令短调用指令

ACALLaddrll与AJMP指令相类似，是为了与MCS-48中的CALL指令兼容而设的。长调用指令

LCALLaddr16 RET执行本指令时： （SP）→PCH，然后（SP）-1→SP

（SP）→PCL，然后（SP）-1→SP功能是从堆栈中退出PC的高8位和低8位字节，把栈指针减2，从PC值开始继续执行程序。（9）子程序的返回指令

RETI功能与RET指令相似，两指令不同之处，是本指令清除了中断响应时，被置“1”的MCS-51内部中断优先级寄存器的优先级状态。（10）中断返回指令（11）空操作指令NOP5.位操作指令（1）数据位传送指令 MOVC,bit MOVbit,C

例

MOVC,06H

；(20H).6→Cy06H是内部RAM20H字节位6的位地址。

MOVP1.0,C

；Cy→P1.0（2）位变量修改指令

CLRC ；清“0”Cy

CLRbit ；清“0”bit位 CPLC ；Cy求反

CPLbit ；bit位求反 SETBC ；置“1”Cy

SETBbit ；置“1”bit位这组指令将操作数指出的位清“0”、求反、置“1”，不影响其它标志。例 CLRC ；0→Cy

CLR27H ；0→（24H）.7位 CPL08H ；→（21H）.0位 SETBP1.7 ；1→P1.7位（3）位变量逻辑与指令ANLC,bit ；bit∧Cy→CyANLC,/bit ；/bit∧Cy→CyORLC,bit ；bit∨Cy→CyORLC,/bit ；bit∨Cy→Cy（4）位变量逻辑或指令（5）条件转移类指令JCrel ；如果进位位Cy=1，则转移JNCrel ；如果进位位Cy=0，则转移JBbit,rel ；如果直接寻址位=1，则转移JNBbit,rel ；如果直接寻址位=0，则转移JBCbit,rel ；如果直接寻址位=1，则转移，并清0直接寻址位

思考与练习？简述80C51的寻址方式和所涉及的寻址空间。设计一段程序，其功能是将寄存器R7的内容移到R6中。将片外数据存储器地址为40H到60H区域的数据块，全部移到片内RAM的同地址区域，并将原数据区域全部填为FFH。已知累加器A中存放两位BCD码数，请编写程序实现十进制数减一。试计算片内RAM区40H~47H八个单元中数的算术平均值，结果存放咋4AH中。为什么SJMP指令的rel=0FEH时，将实现单指令的无限循环？第4章80C51单片机的功能单元CPU运算部件控制部件BRAMP0口P2口ROM(EPROM)串行口

C/T中断系统SFRP1口8P3口888XTAL1XTAL2PSENALEEARESETVccVss1.微处理器2.数据存储器3.程序存储器4.I/O口5.串行口6.定时/计数器7.中断系统8.特殊功能寄存器片内总线§4.1

并行I/O口共有4个8位双向I/O口，共32口线。每位均有自己的锁存(SFR)、输出驱动器和输入缓冲器。I/O口位数性质功能SFR字节地址位地址范围驱动能力替代功能P0口8真正双向口I/O口替代功能80H80H~87H8个TTL程序存储器、片外数据存储器低8位地址及低8位数据P1口8准双向口I/O口替代功能90H90H~97H4个TTLCTC2:T2、T2EX（80C52)P2口8准双向口I/O口替代功能A0HA0H~A7H4个TTL程序存储器、片外数据存储器高8位地址P3口8准双向口I/O口替代功能B0HB0H~B7H4个TTL串行口：RXD、TXD中断：INT0、INT1片外数据存储器：WR、RDP1口P1口内部结构如图2所示(输出锁存、输入缓冲器BUF1、BUF2以及FET管与上拉电阻组成的输入/输出驱动器）输出部分内部上拉电阻R*约为20K欧姆。其他部分与P0端口使用相类似（读引脚时先写入1）。写数据读端口P1口的工作过程分析BUF2BUF1BA10001278P1口的每一位都可以单独操作P1口的功能和特点1、输出锁存，输出时没有条件2、输入缓冲，输入时有条件，即需要先将该口设为输入状态，先输出13、工作过程中无高阻悬浮状态，即该口只能是输入态或输出态P1口的操作(1)字节操作和位操作输出

MOVP1,A； (P1)(A)

MOVP1,#data； (P1)#data

MOVP1,direct; (P1)(direct)输入

MOVA,P1; (A)(P1)

MOVdirect,P1; (direct)(P1)置位、清除

SETB P1.i； P1.i1

CLR P1.i； P1.i0输入、输出

MOV P1.i,C; P1.iCY

MOV C,P1.i; CYP1.i判跳

JB P1.i,rel; P1.i=1,跳转

JBC P1.i,rel; P1.i=0,跳转且P1.i0逻辑运算

ANL C,P1.i; CY(P1·CY)

ORL C,P1.i; CY(P1.i+CY)(2)读引脚操作和读锁存器操作①

读引脚：先将端口锁存器至“1”，使A点处电平，否则会损坏引脚，且信号无法读出MOV A，P1MOV direct，P1②读锁存器：CPU将锁存器值通过BUF2读入内部进行修改，然后重新写到锁存器中，完成“读——修改——写”指令ANL、ORL、XRL、JBC、SETB、CLR等P1口操作时序执行改变端口锁存器内容的指令时，新的内容在指令执行的最后一个周期S6P2传送到口的锁存器内，由于采样都在P1节拍，所以下一个周期的S1P1节拍采样得到锁存器内容P1口的多功能线P1.0——定时器/计数器2的外部输入端T2P1.1——定时器/计数器2的外部控制端T2EXP3口与P1口区别1、增加了“与非”门，输入端为Q和替代功能控制输出2、输出锁存器不是从*Q而是从Q端引出3、有两个输入缓冲器，替代功能取自第一个缓冲器输出端；I/O口的通用输出信号取自第二个缓冲器输出端

P3口的工作过程分析1、B点置1时，锁存器输出到P3.i，P3工作状态为I/O2、当输出锁存器置1时，替代功能通过引脚P3.i◆

若替代输出为0时，因C点以置1，B点为0，非门为1，Q0导通，使A为0◆若替代输出为1时，与非门为1，Q0截止，从而A为高电平P3口的功能和特点1、可作I/O口使用，为准双向口（功能同P1）2、作为替代功能的输入/输出输入：

P3.0——RXD，串行输入口

P3.2——*INT0，外部中断0请求 P3.3——*INT1，外部中断1请求

P3.4——T0，定时器/计数器T0的输入脉冲

P3.5——T1，定时器/计数器T1的输入脉冲输出：

P3.1——TXD，出行输出口

P3.6——*WR，外部数据存储器写选通

P3.7——*RD，外部数据存储器读选通3、P3口能驱动4个TTL负载P2口1、P2可以作为通用的I/O，也可以作为高8位地址输出。2、当控制信号为1时(接通输出锁存）◆若输出D=0，则Q=0，FET导通，A=0◆若输出D=1，则Q=1，FET截止，A=13、当控制信号为0时(接通地址输出），A点的电平将随地址输出的0、1而变化

P2口的工作过程分析与P1口区别1、增加了多路开关，开关的输入端为Q和地址寄存器高位输出端，切换由内部控制信号控制2、输出锁存器不是从*Q而是从Q端引出P2口的工作过程分析10AP2口的功能和特点1、作I/O口使用时，P2口为一个准双向口，功能同P12、作为地址输出时，P2口可以输出程序存储器或片外数据存储器的高8位地址，与P0口的低地址构成16位地址线。3、P2能驱动4个TTL负载P2口使用中注意的问题1、P2口有输出锁存功能，在取指周期或外部数据读写选通时，不需加锁存器2、访问外部程序存储器时，不能用作I/O口线3、有外部数据存储器无外部程序存储器时：当访问片外数据地址小于等于256时，即使用Ri作为间址寄存器时，高8位地址没有用，所以P2仍可用作I/O口线当访问片外数据地址大于256时，即使用DPTR作为间址寄存器时,P2口输出高8位地址，但在读写选通结束后P2原来锁存内容又出现在引脚上P0口BUF2BUF1QQDCVccP0R1

P0R2D0P0W图1、P0口内部结构读锁存器读引脚锁存器内部总线写锁存器

多路开关10与P1口区别1、增加了多路开关，开关的输入端为*Q和地址/数据输出端，切换由内部控制信号控制2、P0口的输出上拉电路与P1完全不同：上拉电路的导通和截止受内部控制信号和地址/数据