配套课件-单片机原理及应用

第1章MCS-51系列单片机基础本章学习任务：了解单片机的分类和发展历史。了解单片机的特点及应用。了解MCS-51系列单片机的种类和特点。1.1单片机的发展历程单片机的发展大致经历了4个阶段：第一阶段（1970年—1974年），为4位单片机阶段；第二阶段（1974年—1978年），为低中档8位单片机阶段；第三阶段（1978年—1983年），为高档8位单片机阶段；第四阶段（1983年至今），为8位单片机巩固发展阶段及16位、32位单片机推出阶段。1.2单片机的应用1．单片机的主要特点（1）小巧灵活、成本低、易于产品化。它能方便地组装成各种智能式测、控设备及各种智能仪器仪表。（2）可靠性好，适应温度范围宽。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，能适应各种恶劣的环境，这是其它机种无法比拟的。（3）易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制能力强。单片机的逻辑控制能力很强，指令系统有各种控制功能专用指令。（4）可以很方便地实现多机和分布式控制。2．应用领域（1）智能仪器仪表上的应用（2）工业控制中的应用（3）家用电器中的应用（4）计算机网络和通信领域中的应用（5）单片机在医用设备领域中的应用1.3单片机的发展趋势1．制作工艺CMOS化（全盘CMOS）2．尽量实现单片化3．共性与个性共存1.4单片机的分类1．4位单片机

4位单片机的控制功能较弱，CPU一次只能处理4位二进制数。这类单片机常用于计算器、各种形态的智能单元以及作为家用电器中的控制器。2．8位单片机

8位单片机的控制功能较强，品种最为齐全。它不仅具有较大的存储容量和寻址范围，而且中断源、并行I/O接口和定时器/计数器个数都有了不同程度的增加，并集有全双工串行通信接口。在指令系统方面，普遍增设了乘除指令和比较指令。3．16位单片机

CPU是16位的，运算速度普遍高于8位机，有的单片机寻址能力高达1MB，片内含有A/D和D/A转换电路，支持高级语言。这类单片机主要用于过程控制、智能仪表、家用电器以及作为计算机外部设备的控制器4．32位单片机

32位单片机的字长为32位，是单片机的顶级产品，具有极高的运算速度。1.5MCS-51系列单片机

从制造工艺来看，MCS-51系列中的器件基本上可分为HMOS和CMOS两类。MCS-51系列芯片及制造工艺如表1-1所示。第2章MCS-51单片机的结构和工作原理本章学习任务：掌握单片机内部结构。掌握单片机引脚功能。掌握单片机的存储器空间分配。掌握单片机的复位电路、时钟电路及指令时序。2.1单片机的内部结构8051单片机内部结构如图2-1所示，包含中央处理器CPU、存储器、定时器/计数、I/O接口器、中断控制系统等。1.存储器（1）ROM（ReadOnlyMemory）ROM一般为1～32K字节，用于存放应用程序，故又称为程序存储器。根据片内ROM的结构，单片机又可分为无ROM型、ROM型和可擦除可编程只读存储器EPROM（ElectricallyProgrammableRead-OnlyMemory）型三类。（2）RAM（RandomAccessMemory）

RAM主要用来存放实时数据或作为通用寄存器、数据堆栈和数据缓冲器之用。正常工作时，既能读又不能写，停电后再加电期间信息会丢失。2.中央处理器（CPU）8051内部CPU由运算器（ALU），控制器（定时控制部件等）和专用寄存器三部分构成。（1）算术逻辑部件ALU（ArithmeticLogicUnit）

8051的ALU是一个运算器，进行加、减、乘、除四则运算，进行与、或、非、异或等逻辑运算，还具有数据传送、移位、判断和程序转移等功能。（2）定时控制部件定时控制部件起着控制器作用，由定时控制逻辑、指令寄存器IR和振荡器OSC等电路组成。指令寄存器IR用于存放从程序存储器中取出的指令码，定时控制逻辑用于对IR中指令码译码，并在OSC配合下产生指令的时序脉冲，以执行相应的指令。

OSC（Oscillator）是控制器的心脏，能为控制器提供时钟脉冲。定时与控制逻辑：时序部件（时钟系统和脉冲分配器构成）和微操作控制部件组成；发送控制信号，协调各部件工作。（3）专用寄存器组累加器A（Accumulator）它既可用于存放操作数，也可用于存放运算的中间结果。在进行算术或逻辑运算时，通常两个操作数中的一个放在A中，运算完成后，运算结果也存放在A中。指令系统中A表示累加器，ACC表示累加器的符号地址。通用寄存器B（GeneralPurposeRegister）：是一个8位的特殊功能寄存器，主要用于乘法和除法运算。乘法运算时，A中存放被乘数，B中存放乘数，完成乘法操作后，乘积的高8位存于B中，低8位存于A中；除法运算时，A中存放被除数，B中存放除数，完成除法操作后，商存于A中，余数存于B中。在其它指令中，B可作为一般的寄存器使用，用于暂存数据。程序状态字寄存器PSW（PromgramStatusWord）

PSW是一个八位标志寄存器，用来存放指令执行后的有关状态。①进位标志位Cy（Carry）在加法运算时，若累加器最高位A7有进位，则Cy＝1；否则Cy＝0。在减法运算时，若A7有了借位，则Cy＝1；否则Cy＝0。②辅助进位标志位AC（AuxiliaryCarry）若AC＝0，则表示加减过程中A3没有向A4进位或借位；若AC＝1，则表示加减过程中A3向A4有进位或借位。

③用户标志位F0（Flagzero）通常不是机器在执行指令过程中自动形成的，而是由用户根据程序执行的需要通过传送指令确定。④寄存器选择位RS1和RS0

用户通过改变RS1和RS0的状态可以方便地决定R0—R7的实际物理地址，工作寄存器R0—R7的物理地址和RS1、RS0之间的关系如表2-1所示。⑤溢出标志位OV（Overflow）若机器在执行运算指令过程中，累加器A中运算结果超出了八位数能表示的范围，则OV标志自动置1；否则OV＝0。⑥奇偶标志位P（Parity）若P＝1，则累加器A中“1”的个数为奇数；若P＝0，则累加器A中的“1”的个数为偶数。例2-1RS1RS0=00B，F0=0，A=85H，R0=20H，（20H）=AFH，执行如下指令，PSW中各位的状态是什么？

ADDA，@R0

最高位有进位，所以最高位进位CP=1，即Cy=1；次高位上无进位，所以次高位进位CS=0；在加法过程中，低4位向高4位有进位，所以AC=1；运算结果中1的个数为3，是奇数，所以P=1；OV状态有如下关系确定所以PSW=11000101B=C5H程序计数器PC（ProgramCounter）

PC是一个二进制16位的程序地址寄存器。当CPU顺序执行指令时，首先根据PC所指地址，取出指令，然后PC的内容自动加1，指向下一条指令的地址。只有在执行转移、子程序调用指令及中断响应时例外，那时PC的内容不再加1，而是被自动置入新的地址。单片机上电复位或按键复位时，PC=0000H，CPU就从ROM区0000H处开始执行程序。堆栈指针SP（StackPointer）：SP是一个八位寄存器，能自动加1或减1，专门用来存放堆栈的栈顶地址。栈顶地址始终在SP中，是可以改变的，它决定堆栈中是否存放有数据。因此，当堆栈中空无数据时，栈顶地址必定和栈底地址重合，数据指针DPTR（DataPointer）：

DPTR是一个16位的寄存器，由两个八位寄存器DPH和DPL拼装而成，其中，DPH为DPTR的高八位，DPL为DPTR的低八位。DPTR可以用来存放片内ROM的地址，也可以用来存放片外RAM和片外ROM的地址。3．I/O端口（1）并行I/O端口

P0它的第一功能可以作为通用I/O口使用。它的第二功能和P2口引脚第二功能相配合，用于输出片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。P1口为通用I/O使用时，用于传递用户的输入/输出数据。P2口的第一功能是作为通用Ｉ/Ｏ口使用。它的第二功能和P0口引脚第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址。P3这组引脚的第一功能和其于三个端口的第一功能相同，第二功能起控制作用，如表2-2所示。（2）串行I/O端口一个全双工的可编程串行I/O端口。串行发送数据线TXD，串行数据接收线RXD。在发送时，CPU由一条写发送缓冲器的指令把数据写入串行口的发送缓冲器SBUF中，然后从TXD端一位位地向外发送。与此同时，接收端RXD也可一位位地接收数据，直到收到一个完整的字符数据后通知CPU，再用一条指令把接收缓冲器中内容读入累加器。4．定时器/计数器两个16位可编程序的定时器/计数器，命名为T0和T1，具有四种工作方式。定时器/计数器T0由TH0和TL0构成，T1由TH1和TH1构成。TMOD（定时器方式寄存器）用于控制和确定各定时器/计数器的功能和工作模式。TCON用于控制定时器/计数器T0、T1启动和停止计数，同时包含定时器/计数器的状态。2.2单片机的存储器结构8051单片机的存储器地址空间分配如图2-4所示。1．程序存储器地址空间程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。程序存储器通过16位程序计数器寻址，寻址能力为64KB，这使得指令能在64KB地址空间内任意跳转。8031内部没有ROM，只有8051才有4KBROM，地址范围0000H~0FFFH。2．数据存储器地址空间（1）片内RAM①工作寄存器区：8051的前32个单元（地址00H～1FH）称为寄存器区。通过对特殊功能寄存器PSW中RS1、RS0两位的编程设置，可选择任一寄存器组为工作寄存器组，方法如表2-1所示。②位寻址区：字节地址20H到2FH称为位地址区，共有16个字节，计128位，每位都有相应的位地址，位地址范围为00H～7FH，见表2-3。位寻址区有两种访问方式：一是按字节访问；另一种是通过位寻址，对位寻址区128位进行位操作。③便笺区：30H~7FH，便笺区共有80个RAM单元，用于存放用户数据或作堆栈区使用。MCS-51对便栈区中每个RAM单元是按字节存取的。④特殊功能寄存器（21个）：8051片内高128BRAM中，有21个特殊功能寄存器（SFR），它们离散地分布在80H～FFH的RAM空间中。访问特殊功能寄存器只允许使用直接寻址方式。特殊功能寄存器表2-4所示。（2）片外RAMMCS-51应用系统往往是一个扩展系统。当片内RAM不够用时，可在片外部扩充数据存储器。MCS-51给用户提供了可寻址64KB（0000H～FFFFH）的外部扩充RAM的能力，至于扩多少RAM，则根据用户实际需要来定。2.3单片机引脚功能1．电源引脚（1）VCC（40脚）——+5V电源线。（2）VSS（20脚）——接地线。2．时钟电路引脚（晶振引脚）（1）XTAL1（19脚）：接外部晶体和微调电容的另一端；在片内它是振荡电路反相放大器的出入端。在采用外部时钟时，对HMOS型工艺单片机而言，此引脚接地；对CHMOS型而言，该引脚应接外部时钟输入端。（2）XTAL2（18脚）：接外部晶体和微调电容的一端；在8051片内它是振荡电路放大器的输出端。若需采用外部时钟电路时，对HMOS型工艺单片机，此引脚应接外部时钟的输入端；对CHMOS型单片机而言，此引脚应悬空。要检查8051/8031的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出。3．控制信号引脚（1）ALE/（30脚）：地址锁存允许信号输出/编程脉冲输入引脚。当CPU访问片外存储器时，ALE输出信号控制锁存P0口输出的低8位地址，从而实现P0口数据与低位地址的分时复用。当8051上电正常工作后，自动在ALE端输出频率为fosc/6的脉冲序列（fosc代表振荡器的频率）。该引脚的第二功能是对8751内部4KBEPROM编程写入时，作为编程脉冲的输入端。（2）/VPP（31脚）：允许访问片外存储器/编程电源线。

=0，允许使用片外ROM；=1，允许使用片内ROM。对于8031，由于片内无ROM，故必须接低电平。该引脚第二功能VPP是对8751片内EPROM编程写入时，作为21V编程电压的输入端。（4）RST/VPD（9脚）：复位线/备用电源。该引脚的第一功能是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期的高电平时，就可以完成复位操作。该引脚的第二功能是备用电源的输入端。当主电源VCC发生故障，降低到低电平规定值时，将+5V电源自动接入该引脚，为RAM提供备用电源，以保证存储在RAM中的信息不丢失，从而复位后能继续正常工作。4．输入/输出端口（1）P0口（P0.7~P0.0）

P0.7为最高位，P0.0为最低位。这8条引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同情况。第一种情况是8051不带片外存储器，P0可以作为通用I/O口使用，P0.7~P0.0用于传送CPU的输入/输出数据。这时，输出数据可以得到锁存，不需外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性。第二种情况是8051带片外存储器，P0.7~P0.0在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。（2）P1口（P1.7~P1.0）这8条引脚和P0口的8条引脚类似，P1.7为最高位，P1.0为最低位。当P1口作为通用I/O使用时，P1.7~P1.0的功能和P0口的第一功能相同，也用于传送用户的输入/输出数据。（3）P2口（P2.7~P2.0）这组引脚的第一功能可以作为通用I/O使用。它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。（4）P3口（P3.7~P3.0）这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同。第二功能作控制用，如表2-2所示。2.4时钟电路与时序2.4.1时钟信号的产生1．内部振荡方式8051芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2，分别为8051的19引脚和18引脚，在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器，见图2-11。通常OSC的输出时钟频率fOSC为0.5~16MHz，典型值为12MHz或11.0592MHz。电容C01和C02通常取30pF左右，对振荡频率有微调作用。2．外部时钟方式将外部已有的时钟信号引入单片机，常见的几种电路结构如图2-12所示。2.4.2机器周期与指令周期

1.时钟周期时钟周期T又称为振荡周期，由单片机片内振荡电路OSC产生，常定义为时钟脉冲频率的倒数，是时序中最小的时间单位。

2.机器周期计算机的一条指令由若干个字节组成。执行一条指令需要多长时间则以机器周期为单位。一个机器周期是指CPU访问存储器一次所需要的时间。3．指令周期指令周期是时序中的最大时间单位，定义为执行一条指令所需的时间。2.4.3单片机指令时序1．单字节单周期指令时序单字节单周期指令只进行一次读指令操作，当第二个ALE信号有效时，PC并不加1，那么读出的还是原指令，属于一次无效的读操作。2．双字节单周期指令时序这类指令两次的ALE信号都是有效的，只是第一个ALE信号有效时读的是操作码，第二个ALE信号有效时读的是操作数。3．单字节双周期指令时序两个机器周期需进行四次读指令操作，但只有一次读操作是有效的，后三次的读操作均为无效操作，并在第二机器周期的S6P2时完成指令的执行。4．访问片外ROM/RAM的指令时序一类是读片外ROM指令读片外RAM指令时序2.5复位及复位电路

单片机在开机时都需要复位，以便中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51的复位输入引脚RST（即RESET）是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，持续时间要有24个时钟周期以上。本章学习任务：了解指令和指令系统的概念与分类。掌握指令的寻址方式。掌握数据传送指令、算术和逻辑运算指令、控制转移指令和位操作指令的功能和应用。第3章MCS-51单片机指令系统3.1.1指令与指令系统的概念指令是使计算机内部执行相应动作的一种操作，是提供给用户编程使用的一种命令。计算机能够执行的全部操作所对应的指令集合，称之为这种计算机的指令系统。3.1单片机指令系统概述采用机器语言编写的程序称之为目标程序。采用汇编语言编写的程序称之为源程序。汇编语言不能被计算机直接识别并执行，必须经过一个中间环节把它翻译成机器语言程序，这个中间过程叫做汇编。汇编有两种方式：机器汇编和手工汇编。机器汇编是用专门的汇编程序，在计算机上进行翻译；手工汇编是编程员把汇编语言指令逐条翻译成机器语言指令。3.1.2指令格式8051汇编语言指令由操作码助记符字段和操作数字段两部分组成。指令格式如下：操作码[目的操作数][，源操作数]MCS-51指令系统中，有单字节、双字节或三字节指令。3.1.3指令系统说明（1）Rn：表示工作寄存器，可以是R0～R7中的一个。（2）@Ri：表示寄存器间接寻址，Ri只能是R0或R1。（3）@DPTR：表示以DPTR为数据指针的间接寻址，用于对外部64KRAM/ROM寻址。（4）#data：8位立即数，实际使用时data应是00H～FFH中的一个。（5）direct：8位直接地址，实际使用时direct应该是00H～FFH中的一个，也可以是采用物理地址表示的特殊功能寄存器SFR中的一个。（6）#data16：16位立即数。（7）bit：位地址。（8）addr11：11位目标地址。（9）addr16：16位目标地址。（10）rel：8位带符号地址的偏移量，地址偏移量范围－128～+127。（11）$：当前指令的地址。（12）（X）：某一个存储单元X中的内容。（13）（Ri）：由Ri间接寻址的单元的内容，即Ri指向的地址中的内容。3.2寻址方式3.2.1寄存器寻址1．寄存器寻址方式是指操作数在工作寄存器R0～R7、A、B、DPTR中，指令码内含有该操作数的工作寄存器地址。2．指令举例：MOVA，R0

其功能是将寄存器R0的内容传送到累加器A中，操作数在R0中。3．寄存器寻址方式的寻址范围包括：（1）4个寄存器组共有32个通用寄存器。但在指令中只能使用当前寄存器组，因此在使用前常需通过对PSW中的RS1、RS0位的状态设置，来进行当前寄存器组的选择。（2）部分专用寄存器。例如，累加器A、B以及数据指针DPTR等。3.2.2直接寻址1．直接寻址方式是指在指令中操作数直接以单元地址的形式给出。8051单片机中，片内RAM的所有单元都能采用直接寻址的表示方式。2．指令举例：

MOVA，30H3．直接寻址方式的寻址范围只限于内部RAM，具体说就是：（1）低128个单元。在指令中直接以地址形式给出。（2）专用寄存器。专用寄存器除以单元地址形式给出外，还可以以寄存器符号形式给出。应当指出，直接寻址是访问专用寄存器的唯一方法（A，B，DPTR除外）。3.2.3寄存器间接寻址1．寄存器间接寻址方式是指寄存器中存放的是操作数的地址，即操作数是通过寄存器间接得到的。2．为了和寄存器间接寻址区别，在寄存器间接寻址方式中，在寄存器的名称前面加前缀标志“@”。3．指令举例：MOVA，@R0指令以R0寄存器内容（假设为20H）为地址，把该地址单元的内容送到累加器A，其功能示意图如图3-1所示。图3-1寄存器间接寻址方式示意图4．寄存器间接寻址方式的寻址范围：（1）内部RAM低128个单元。（2）外部RAM64KB。3.2.4立即寻址1．立即寻址方式是操作数在指令中直接给出。通常把出现在指令中的操作数称为立即数。2．为了与直接寻址指令中的直接地址相区别，在立即数前面加“#”标志。3．指令举例：MOVA，#3AH除8位立即数外，指令系统中还有一条16条立即寻址指令，即：MOVDPTR，#data16；其功能是把16位

;立即数送到数据指针3.2.5变址寻址1．变址寻址方式是以DPTR或PC作基址寄存器，以累加器A作变址寄存器，并以两者内容相加形成的16位地址作为操作数的地址。2．指令举例：MOVCA，@A+DPTR

设指令前A=54H，DPTR=3F21H，则该指令的操作示意图如图3-2所示。3．变址寻址方式作如下说明（1）变址寻址方式只能对程序存储器进行寻址，或者说它是专门针对程序存储器的寻址方式。（2）变址寻址的指令只有三条：MOVCA，@A+DPTRMOVCA，@A+PCJMP@A+DPTR（3）变址寻址指令是单字节指令。3.2.6相对寻址指令1．相对转移是以转移指令所在地址为基地址，向前最大可转移（127+转移指令字节数）个单元，向后最大可转移（128－转移指令字节数）个单元。2．在相对寻址方式的转移指令中，给出了地址偏移量，把PC的当前值加上偏移量就构成了转移的目的地址。3．PC当前值是指执行完该转移指令后的下一条指令的地，即转移指令的地址值加上它的字节数。因此转移的目的地址可用如下公式表示：目的地址=转移指令地址+转移指令字节数+rel

偏移量rel是一个带符号的8位二进制补码数，所能表示的范围是－128～+127。4．指令举例：

SJMPrel；跳转的目的地址HERE+relHERE：……3.2.7位寻址1．MCS-51单片机有位处理功能，可以对数据位进行操作，因此就有相应的位寻址方式。2．指令举例：ANLC，30H；累加位C的状态和地址为30H的位状态进行逻辑与操作，并把结果保存在C中。3．位寻址方式的寻址范围：内部RAM中的位寻址区，单元地址为20H～2FH，共16个单元128位，位地址是00H～7FH。对于这128个位的寻址直接以位地址表示。4．专用寄存器的位寻址区。可供位寻址的11个专用寄存器。5．对这些寻址位在指令中有如下几种表示方法：（1）直接使用位地址。例如20H的最低位地址是00H。（2）位名称表示方法。专用寄存器中的一些寻址位是有符号名称的。专用寄存器中PSW的最低位可表示为P。（3）单元地址加位的表示方法。专用寄存器中PSW的最低位可表示为D0H.0。（4）专用寄存器符号加位的表示方法。例如专用寄存器中PSW的最低位可表示为PSW.0。3.3数据传送指令

数据传送指令的作用是将数据从一个地方传送到另一个地方，是单片机指令中用的非常多的一类指令。数据传送指令是对存储单元进行操作，对于不同的存储器的数据传送。3.3.1片内数据传送指令1．以累加器A为目的寄存器的指令MOVA，Rn；Rn中内容送到累加器A中MOVA，@Ri；Ri指向单元中内容送到A中MOVA，direct；（direct）→AMOVA，#data；#data→A，例3-1

设片内RAMR0=00H，（23H）=10H，（50H）=34H，执行完每条指令后A，R0中内容分别是什么？解：MOVA，#50HMOVA，50HMOVR0，#23HMOVA，@R02．以Rn为目的操作数的指令MOVRn，A；A→Rn，n=0～7MOVRn，direct；（direct）→RnMOVRn，#data；#data→Rn，n=0～73．以直接地址direct为目的操作数的指令MOVdirect，A；A→directMOVdirect，Rn；Rn→direct，MOVdirect1，direct2；（direct2）→direct1MOVdirect，@Ri；（Ri）→directMOVdirect，#data；#data→direct4．以寄存器间接地址为目的操作数的指令MOV@Ri，A；A→（Ri），i=0，1MOV@Ri，direct；（direct）→（Ri）MOV@Ri，#data；#data→（Ri）例3-2设片内RAM（23H）=10H，（10H）=34H，R0=00H，执行完每条指令后A，R0中内容分别是什么？MOVA，#50H；A=50HMOVR0，#23H；R0=23HMOV@R0，A；（23H）=50HMOV@R0，10H；（23H）=34H5．16位数据传送指令MOVDPTR，#data16；#data16→DPTR6．堆栈操作指令

MCS-51内部RAM中可以设定一个“先进后出，后进先出”的区域称作堆栈。堆栈的一端固定，称为栈顶，另一端是活动的，称为栈底。堆栈指针SP指出堆栈的栈顶位置，当栈顶地址等于栈底地址时，堆栈就是空的。（1）进栈指令PUSHdirect；SP←SP+1，；（SP）←（direct）例3-3

当SP=60H，A=30H，B=70H时，执行如下指令后61H单元、62H单元和SP中内容是什么？

PUSHACC PUSHB （2）出栈指令

POPdirect；（SP）→（direct），；SP←SP－1例3-4

当SP=62H，（62H）=70H，（61H）=30H，执行指令后DPTR、SP内容分别是什么？POPDPH；（SP）→DPH，SP－1→SPPOPDPL；（SP）→DPL，SP－1→SP7．交换指令（1）字节交换指令XCHA，Rn；ARnXCHA，direct；A（direct）XCHA，@Ri；A（Ri）例3-5A=80H，R7=08H，（40H）=F0H，R0=30H，（30H）=0FH，执行下列指令后A、R7、40H单元30H单元内容是什么？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。（2）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3-6R0=60H，（60H）=3EH，A=59H，执行完下列指令后A、60H单元中内容是什么？XCHDA，@R03.3.2片外RAM数据传送指令1．读片外RAM指令MOVXA，@DPTR；A→（DPTR）MOVXA，@Ri；A→（Ri）读外部RAM存储器或I/O中的一个字节时

=02．写片外RAM指令MOVX@DPTR，A；A→（DPTR）MOVX@Ri，A；A→（Ri）执行写指令时=0例3-7

设外部RAM中（0056H）=ABH，A=78H，分别完成这两个程序的编写（1）把A中内容送到0056H中，（2）把0056H中内容送入7010H中。解：（1）方法一：MOVR0，#56HMOVX@R0，A方法二：MOVDPTR，#0056HMOVX@DPTR，A（2）MOVR0，#56HMOVXA，@R0MOVDPTR，#7010HMOVX@DPTR，A3.3.3片外ROM数据传送指令1．PC作基址寄存器

MOVCA，@A+PC；PC←PC+1，；A←（A+PC）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。同时，编程时需要进行地址偏移量的计算即计算MOVCA，@A+PC指令所在地址与表格存放首地址间的距离字节数，并需要一条加法指令进行地址调整。地址偏移量计算公式为地址偏移量=表格首地址－（MOVC指令起始地址+1）2．DPTR作为基址寄存器MOVCA，@A+DPTR；A←（A+DPTR）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。例3-8

从片外程序存储器2000H单元开始存放0～9的平方值，分别以DPTR和PC作为基址寄存器进行查表，得6的平方值。解：（1）以DPTR作为基址寄存器进行查表MOVDPTR，#2000HMOVA，#06HMOVCA，@A+DPTR（2）以DPTR和PC作为基址寄存器进行查表设MOVC指令所在地址（PC）=1FF0H，则偏移量=2000H－（1FF0H+1）=0FH。MOVA，#06HADDA，#0FHMOVCA，@A+PC3.4算术运算和逻辑运算指令1．不带Cy的加法指令ADDA，Rn；A+Rn→A，n=0～7ADDA，direct；A+（direct）→AADDA，@Ri；A+（Ri）→A，i=0，1ADDA，#data；A+#data→A3.4.1算术运算指令例3-9A=62H，R0=0CH，执行指令

ADDA，R0结果：A=6EH，Cy=0，AC=0，OV=0，P=1例3-10A=85H，R0=20H，（20H=AFH，执行指令：

ADDA，@R0结果：A=34H，Cy=1，AC=1，OV=1，P=12．带进位加法指令ADDCA，Rn ；A+Rn+C→A，n=0～7ADDCA，direct ；A+（direct）+C→AADDCA，@Ri ；A+（Ri）+C→AADDCA，#data ；A+data+C→A例3-11A=85H，（20H）=FFH，Cy=1，执行指令：

ADDCA，20H结果为：A=85H，Cy=1，AC=1，OV=0，P=1（A中1的位数为奇数）。3．加1指令INCA；A←A+1INCRn；Rn←Rn+1INCdirect；direct←（direct）+1INC@Ri；（Ri）←（Ri）+1INCDPTR；DPTR←DPTR+14．十进制调整指令

DAA

这条指令一般跟在ADD或ADDC指令后，用于对BCD码十进制数加法运算结果的内容修正。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。

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=00001，Cy=1结果不正确

例3-12

完成两个BCD数加法运算，其中A=56H，R5=67H。解：ADDA，R5DAA5．带借位的减法指令SUBBA，Rn；A－Rn－Cy→A，n=0～7SUBBA，direct；A－（direct）－Cy→ASUBBA，@Ri；A－（Ri）－Cy→ASUBBA，#data；A－data－Cy→A例3-13

试分析8051执行如下指令后累加器A和PSW中标志位的变化状况。CLRCMOVA，#52HSUBBA，#0B4H6．减1指令DECA ；A－1→ADECRn；Rn－1→Rn，n=0～7DECdirect；direct－1→directDEC@Ri；（Ri）－1→（Ri），i=0，17．乘法指令

MULAB；A×B→BA

这条指令的功能是把累加器A和通用寄存器B中的两个8位无符号数相乘，所得16位乘积的低8位放在A中，高8位放在B中。8．除法指令

DIVAB；A÷B→A（商），余数→B

这条指令的功能是对两个无符号数进行除法运算。其中被除数放在A中，除数放在B中。指令执行后，商存于A中，余数存于B中。3.4.2逻辑运算指令1．逻辑与指令ANLA，Rn；A←A∧RnANLA，direct；A←A∧（direct）ANLA，@Ri；A←A∧（Ri）ANLA，#data；A←A∧dataANLdirect，A；（direct）←（direct）∧AANLdirect，#data；（direct）←（direct∧data

例3-14

已知：R0=30H、（30H）=AAH，试问8031执行如下指令后累加器A和30H单元中的内容是什么？①MOVA，#0FFH

ANLA，R0

结果为A=30H，（30H）=AAH②MOVA，#0FFHANLA，30H

结果为A=AAH，（30H）=AAH2．逻辑或指令ORLA，Rn；A←A∨RnORLA，direct；A←A∨（direct）ORLA，@Ri；A←A∨（Ri）ORLA，#data；A←A∨dataORLdirect，A；（direct）←（direct）∨AORLdirect，#data；（direct）←（direct）∨data

在实际编程中，逻辑或指令可使某个存储单元或累加器A中的数据某些位变为“1”而其他位不变。3．逻辑异或指令在实际编程中，逻辑异或指令可使某个存储单元或累加器A中的数据某些位变为反而其他位不变。4．逻辑非指令CPLA；A←注：逻辑非指令仅用于累加器A。5．累加器A清零指令CLRA；A←06．累加器A的移位指令（1）不带进位的循环移位指令①左移指令

RLA；Ai+1←Ai、A0←A7②右移指令

RRA；Ai←Ai+1、A7←A0（2）带进位的循环移位指令①左移指令RLCA；Ai+1←Ai，；Cy←A7、A0←Cy②右移指令

RRCA；Ai←Ai+1、A7←Cy、；Cy←A0

例3-15

已知M1和M1+1单元中有一个16位的二进制数（M1中为低8位），请通过编程令其扩大到二倍。ORG1000HCLRC；Cy←0MOVR1，#M1；操作数低8位地址送R1MOVA，@R1；A←操作数低8位RLCA；低8位操作数左移，低位补0MOV@R1，A；送回M1单元，Cy中为最高位INCR1；R1指向M1+1单元MOVA，@R1；A←操作数高8位RLCA；高8位操作数左移MOV@R1，A；送回M1+1单元SJMP$；停机END3.5控制转移类指令1．长转移指令LJMPaddr16；PC15-8←addr158

；PC7-0←addr7-0

该指令执行时，第一字节为操作码，将指令的第二、三字节地址码分别装入PC的高8位和低8位中，程序无条件地转移到指定的目标地址去执行指令。3.5.1无条件转移指令2．绝对转移指令

AJMPaddr11；PC←PC+2，；PC10~0←addr11

该指令执行时，先将PC内容加2，（这时PC指向的是AJMP的下一条指令），然后把指令中的11位地址码传送到PC10-0，而PC15-11保持原来内容不变。3．短转移指令SJMPrel；PC←PC+2，PC←PC+rel指令的执行分两步完成：第一步，取指令。此时PC自身加2形成PC的当前值。第二步，将PC当前值与偏移量rel相加形成转移的目的地址。即：目的地址=PC+2+relrel是一个符号数，取值范围+127~－128（00H~7FH对应表示0~+127，80H~FFH对应表示－128~－1），负数表示反向转移，正数表示正向转移。4．变址转移指令

JMP@A+DPTR；PC←A+DPTR

变址转移指令又称为散转指令，该指令具有散转功能，可以代替许多判别跳转指令。DPTR中内容与A中内容之和是转移地址，并直接送入PC中。例当A=0时，程序转到ROUT00处执行指令；当A=01H时，程序转到ROUT01处执行指令，当A=2时，程序转到ROUT02处执行指令当A=03时，程序转到ROUT03处执行指令。

MOVDPTR，#TABLERLAJMP@A+DPTRTABLE：AJMPROUT00AJMPROUT01AJMPROUT02AJMPROUT03ROUT00：……ROUT01：……ROUT02：……ROUT03：……3.5.2条件转移指令条件转移指令是指当某种条件满足时，转移才进行；条件不满足时，程序就按顺序往下执行。条件转移指令的共同特点一方面所有的条件转移指令都属于相对转移指令，转移范围相同，都在以PC当前值为基准的256B范围内（+127~－128）。另一方面计算转移地址的方法相同，即：转移地址=PC当前值+rel。1．累加器A判零条件转移指令JZrel；若A＝0，则转移执行PC=PC+2+rel

；若A≠0，则顺序执行PC=PC+2

JNZrel；若A≠0，则转移执行PC=PC+2+rel

；若A＝0，则顺序执行PC=PC+2例3-16

已知外部RAM中以DATA1为起始地址的数据块以零为结束标志。试通过编程将之传送到以DATA21为起始地址的内部RAM区。解：ORG0500HMOVR0，#DATA1；外部RAM数据块起始地址送R0MOVR1，#DATA2；内部RAM数据块起始地址送R1LOOP：MOVXA，@R0；外部RAM取数送AJZDONE；若A＝0，则转DONEMOV@R1，A；若A≠0，则给内部RAM送数

INCR0；修改外部RAM地址指针

INCR1；修改内部RAM地址指针

SJMPLOOP；循环DONE：SJMP$；停机

END2．比较条件转移指令（1）CJNEA，#data，rel①若A＝data，则PC目的=PC源+3②若A≠data，则转移执行PC目的=PC源+3+rel（2）CJNEA，direct，rel①若A＝（direct），则PC目的=PC源+3②若A≠（direct），则转移执行PC目的=PC源+3+rel（3）CJNE@Ri，#data，rel①若（Ri）＝data，则顺序执行PC目的=PC源+3②若（Ri）≠data，则转移执行PC目的=PC源+3+rel（4）CJNERn，#data，rel①若Rn≠data，则转移执行PC=PC+3+rel②若Rn＝data，则顺序执行PC=PC+33．减1条件转移指令（1）DJNZRn，rel；指令首先完成Rn←Rn－1功能；若Rn＝0，则顺序执行PC目的←PC源+2；若Rn≠0，则转移执行PC目的←PC源+2+rel（2）DJNZdirect，rel；指令首先完成（direct）←（direct）－1功能；若（direct）＝0，则顺序执行PC目的←PC源+3；若（direct）≠0，则转移执行PC目的←PC源+3+rel例3-17试编程令片内RAM中以DAT为起始地址的数据块中的连续10个无符号数相加，并将和送到SUM单元。设相加结果不超过8位二进制数所能表示的范围。解：ORG1000HMOVR2，#0AH；数据块长度送R2MOVR0，#DAT；数据块起始地址送R0CLRA；累加器清零LOOP：ADDA，@R0；加一个数

INCR0；修改加数地址指针

DJNZR2，LOOP；R2-1≠0，则LOOPMOVSUM，A；存和

SJMP$；停机

END3.5.3子程序调用及返回指令调用子程序的程序称之为主程序，主程序和子程序之间的调用关系如图3-4所示。从图中可以看出，子程序调用要中断原有指令的执行顺序，转移到子程序的入口地址去执行子程序。与转移指令不同的是：子程序执行完毕后，要返回到调用指令的下一条指令（该指令地址称为断点地址）执行。因此，子程序调用指令必须将程序中断位置的地址保存起来，一般是放在堆栈中保存。调用和返回构成了子程序调用的完整过程。为了实现这一过程，必须有子程序调用指令和返回指令。调用指令在主程序中使用，而返回指令则是子程序中的最后一条指令。1．调用指令（1）短调用指令ACALLaddr11；PC←PC+2

；SP←SP+1，（SP）←PC当前低8位；SP←SP+1，（SP）←PC当前高8位；PC10~0←addr11（2）长调用指令LCALLaddr16；PC←PC+3

；SP←SP+1，（SP）←PC当前低8位；SP←SP+1，（SP）←PC当前高8位；PC←addr162．返回指令（1）子程序返回指令调用子程序或执行中服程序时需保护断点，执行完子程序或执行中服程序后应返回断点。RET称为子程序返回指令，只能用在子程序末尾；RETI称为中断返回指令，只能用在中断服务程序末尾。RET；PC当前高8位（SP),SP←SP－1

；PC当前低8位←（SP），SP←SP－1（2）中断服务程序返回指令RETI；PC当前高8位←（SP），SP←SP－1

；PC当前低8位←（SP），SP←SP－1

该指令的功能是从堆栈中自动取出点的地址送入PC，使程序返回到主程序断点处继续往下执行。同时清除中断响应时被置位的优先级状态触发器，以告之中断系统已经结束中断服务子程序的执行，恢复中断逻辑以接受新的中断请求。例3-18

试利用子程序技术编出令20H~2AH和30H~3EH两个子域清零的程序。解：ORG1000HMOVSP，#07H；令堆栈的栈底地址为70HMOVR0，#20H；第一清零区起始地址送R0MOVR2，#0BH；第一清零区单元数送R2ACALLZERO；给20H~2AH区清零

MOVR0，#30H；数据块长度送R2MOVR2，#0FH；第二清零区起始地址送R0ACALLZERO；第二清零区单元数送R2SJMP$；停机

ORG1050HZERO：MOV@R0，#00H；清零

INCR0；修改清零区指针

DJNZR2，ZERO；R2-1≠0，则ZERORET；返回

END3.5.4空操作指令NOP；PC←PC+1特点：执行该指令仅用一机器周期时间，无任何功能。3.6位操作指令

位操作也称布尔变量操作，它是以位（bit）为单位进行运算和操作的。MCS-51单片机内部有一个功能相对独立的布尔处理机。布尔处理机借用进位标志Cy作为累加器，有位存储器（即位寻址区中的128位）。3.6.1位传送指令

1．位地址中的值（0或1）传送给进位标志CyMOVC，bit；Cy←（bit）2．进位标志Cy的值（0或1）传送到位地址中MOVbit，C；（bit）←Cy注：bit为位地址，C为标志Cy的助记符例3-19试通过编程把00H位中的内容和7FH位中的内容相交换。解：为了实现把00H位中的内容和7FH位中的内容相交换，可以采用01H位作为暂存器位，程序为：MOVC，00H；Cy←（00H）MOV01H，C；暂存于01H位MOVC，7FH；Cy←（7FH）MOV00H，C；存入00H位MOVC，01H；00H位的原内容送CyMOV7FH，C；存入7FH位SJMP$；停机END3.6.2位置1、位清0指令1．位置1指令SETBC；进位标志Cy置1指令SETBbit；位地址中置1指令2．位清0指令CLRC；进位标志Cy清0指令CLRbit；位地址中置0指令3.6.3位逻辑运算指令1．位“与”运算指令ANLC，bit；Cy←Cy∧（bit）ANLC，/bit；Cy←Cy∧（/bit）2．位“或”运算指令ORLC，bit；Cy←Cy∨（bit）ORLC，/bit；Cy←Cy∨（/bit）3．位“非”运算指令CPLC；Cy←/CyCPLbit；bit←（/bit）3.6.4位控制转移指令1．以Cy中的内容为条件的转移指令JCrel；若Cy＝1，PC←PC+2+rel

；若Cy＝0，PC←PC+2JNCrel；若Cy＝0，PC←PC+2+rel

；若Cy＝1，PC←PC+2例3-20

已知内部RAM的M1和M2单元中各有一个无符号8位二进制数。试编程比较它们的大小，并把大数送到MAX中。解：

MOVA，M1CJNEA，M2，LOOPLOOP：JNCLOOP1MOVA，M2LOOP1：MOVMAX，ARET2．以位地址中的值为条件的位控制转移指令JBbit，rel；若（bit）＝1，PC←PC+3+rel

；若（bit）＝0，PC←PC+3JNBbit，rel；若（bit）＝0，PC←PC+3+rel

；若（bit）＝1，PC←PC+3JBCbit，rel；若（bit）＝1，PC←PC+3+rel且；（bit）＝0

；若（bit）＝0，PC←PC+3例3-21

片内RAM56H单元中内容为一个符号数，编写程序完成判断其正负如果是零，则程序转移到ROUT0处；如果是正数，则程序转移到ROUT1处；如果是负数，程序转移到ROUT2处。解：MOVA，56HJZROUT0JBACC.7，ROUT2SJMPROUT1ROUT0：……ROUT1：……ROUT2：……第4章汇编语言程序设计本章学习目标：了解汇编语言程序设计步骤。掌握简单的顺序程序设计。掌握简单的分支程序设计。掌握简单的循环程序设计。掌握简单的子程序设计。掌握一些常用程序设计。4.1汇编语言程序设计概述4.1.1程序设计语言1．机器语言机器语言是计算机唯一能识别和执行的语言，用其编写的程序执行效率最高，速度最快，但由于指令的二进制代码很难记忆和辨认，给程序的编写、阅读和修改带来很多困难，所以几乎没有人直接使用用机器语言来编写程序。2．汇编语言为了容易理解和记忆计算机的指令，人们用英文助记符表示指令，用助记符表示的指令就是符号语言或汇编语言。汇编语言特点：（1）面向机器的语言，程序设计员须对MCS-51的硬件有相当深入的了解。（2）助记符指令和机器指令一一对应，用汇编语言编写的程序效率高，占用存储空间小，运行速度快，用汇编语言能编写出最优化的程序。能直接管理和控制硬件设备（功能部件），它能处理中断，也能直接访问存储器及I/O接口电路。（3）汇编语言和机器语言都脱离不开具体机器的硬件，均是面向“机器”的语言，缺乏通用性。3．高级语言高级语言是一种面向算法、过程和对象的程序设计语言，它采用更接近人们自然语言和习惯的数学表达式及直接命令的方法来描述算法、过程和对象。高级语言的语句直观、易学、通用性强，便于推广、交流，但高级语言编写的程序经编译后所产生的目标程序大，占用内存多，运行速度较慢。4.1.2汇编语言程序设计步骤1．分析题意，明确要求。2．确定算法。根据实际问题的要求、给出的条件及特点，找出规律性，最后确定所采用的计算公式和计算方法，这就是一般所说的算法。算法是进行程序设计的依据，它决定了程序的正确性和程序的指令。处理框流程线判断框起止框3．画程序流程图，用图解来描述和说明解题步骤。4．分配内存工作单元，确定程序与数据区存放地址。5．编写源程序。6．程序优化。7．上机调试、修改和最后确定源程序。4.1.3汇编语言格式与伪指令1．汇编程序格式[标号：]操作码助记符[目的操作数][，源操作数][；注释]例如：CLEAR：MOVA，#00H；将0送入A中2．伪