单片机学习知识点全攻略二1.docx
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单片机学习知识点全攻略二1
单片机学习知识点全攻略
(二)
导语:
单片机对于初学者来说确实很难理解,不少学过单片机的同学或电子爱好者,甚至在毕业时仍旧是一无所获。
基于此,电子发烧友网将整合《单片机学习知识点全攻略》,共分为四个系列,以飨读者,敬请期待!
此系列对于业内电子工程师也有收藏和参考价值。
本单片机系列关键知识点一览:
系列二
8:
单片机寻址方式与指令系统
9:
单片机数据传递类指令
10:
单片机数据传送类指令
11:
单片机算术运算指令
12:
单片机逻辑运算类指令
13:
单片机逻辑与或异或指令祥解
14:
单片机条件转移指令
8、单片机寻址方式与指令系统
通过前面的学习,我们已经了解了单片机内部的结构,并且也已经知道,要控制单片机,让它为我们干学,要用指令,我们已学了几条指令,但很零散,从现在开始,我们将要系统地学习8051单片机的指令部份。
一、概述
1、指令的格式
我们已知,要让计算机做事,就得给计算机以指令,并且我们已知,计算机很“笨”,只能懂得数字,如前面我们写进机器的75H,90H,00H等等,所以指令的第一种格式就是机器码格式,也说是数字的形式。
但这种形式实在是为难我们人了,太难记了,于是有另一种格式,助记符格式,如MOVP1,#0FFH,这样就好记了。
这两种格式之间的关系呢,我们不难理解,本质上它们完全等价,只是形式不一样而已。
2、汇编
我们写指令使用汇编格式,而计算机和单片机只懂机器码格式,所以要将我们写的汇编格式的指令转换为机器码格式,这种转换有两种办法:
手工汇编和机器汇编。
手工汇编实际上就是查表,因为这两种格式纯粹是格式不一样,所以是一一对应的,查一张表格就行了。
不过手工查表总是嫌麻烦,所以就有了计算机软件,用计算机软件来替代手工查表,这就是机器汇编。
二、单片机的寻址
让我们先来复习一下我们学过的一些指令:
MOVP1,#0FFH,MOVR7,#0FFH这些指令都是将一些数据送到对应的位置中去,为什么要送数据呢?
第一个因为送入的数能让灯全灭掉,第二个是为了要实现延时,从这里我们能看出来,在用单片机的编程语言编程时,经常要用到数据的传递,事实上数据传递是单片机编程时的一项重要工作,一共有28条指令(单片机共111条指令)。
下面我们就从数据传递类指令开始吧。
分析一下MOVP1,#0FFH这条指令,我们不难得出结论,第一个词MOV是命令动词,也就是决定做什么事情的,MOV是MOVE少写了一个E,所以就是“传递”,这就是指令,规定做什么事情,后面还有一些参数,分析一下,数据传递必须要有一个“源”也就是你要送什么数,必须要有一个“目的”,也就是你这个数要送到什么地方去,显然在上面那条单片机指令中,要送的数(源)就是0FFH,而要送达的地方(目的地)就是P1这个寄存器。
在数据传递类指令中,均将目的地写在指令的后面,而将源写在最后。
这条指令中,送给P1是这个数本身,换言之,做完这条指令后,我们能明确地知道,P1中的值是0FFH,但是并不是任何时候都能直接给出数本身的。
例如,在我们前面给出的单片机延时程序例是这样写的:
MAIN:
SETBP1.0 ;(1)
LCALLDELAY;(2)
CLRP1.0 ;(3)
LCALLDELAY ;(4)
AJMPMAIN ;(5)
;以下子程序
DELAY:
MOVR7,#250 ;(6)
D1:
MOVR6,#250 ;(7)
D2:
DJNZR6,D2 ;(8)
DJNZR7,D1 ;(9)
RET ;(10)
END ;(11)
表1
-----------------------------------------------------
MAIN:
SETBP1.0 ;(1)
MOV30H,#255
LCALLDELAY;
CLRP1.0 ;(3)
MOV30H,#200
LCALLDELAY ;(4)
AJMPMAIN ;(5)
;以下子程序
DELAY:
MOVR7,30H ;(6)
D1:
MOVR6,#250 ;(7)
D2:
DJNZR6,D2 ;(8)
DJNZR7,D1 ;(9)
RET ;(10)
END ;(11)
这样一来,我每次调用延时程序延时的时间都是相同的(大致都是0.13S),如果我提出这样的要求:
灯亮后延时时间为0.13S灯灭,灯灭后延时0.1秒灯亮,如此循环,这样的程序还能满足要求吗?
不能,怎么办?
我们能把延时程序改成这样(见表2):
调用则见表2中的主程,也就是先把一个数送入30H,在子程序中R7中的值并不固定,而是根据30H单元中传过来的数确定。
这样就能满足要求。
从这里我们能得出结论,在数据传递中要找到被传递的数,很多时候,这个数并不能直接给出,需要变化,这就引出了一个概念:
如何寻找操作数,我们把寻找操作数所在单元的地址称之为寻址。
在这里我们直接使用数所在单元的地址找到了操作数,所以称这种办法为直接寻址。
除了这种办法之外,还有一种,如果我们把数放在工作寄存器中,从工作寄存器中寻找数据,则称之为寄存器寻址。
例:
MOVA,R0就是将R0工作寄存器中的数据送到累加器A中去。
提一个问题:
我们知道,工作寄存器就是内存单元的一部份,如果我们选择工作寄存器组0,则R0就是RAM的00H单元,那么这样一来,MOVA,00H,和MOVA,R0不就没什么区别了吗?
为什么要加以区别呢?
的确,这两条指令执行的结果是完全相同的,都是将00H单元中的内容送到A中去,但是执行的过程不一样,执行第一条指令需要2个周期,而第二条则只需要1个周期,第一条指令变成最终的目标码要两个字节(E5H00H),而第二条则只要一个字节(E8h)就能了。
这么斤斤计较!
不就差了一个周期吗,如果是12M的晶体震荡器的话,也就1个微秒时间了,一个字节又能有多少?
不对,如果这条指令只执行一次,也许无所谓,但一条指令如果执行上1000次,就是1毫秒,如果要执行1000000万次,就是1S的误差,这就很可观了,单片机做的是实时控制的事,所以必须如此“斤斤计较”。
字节数同样如此。
再来提一个问题,现在我们已知,寻找操作数能通过直接给的方式(立即寻址)和直接给出数所在单元地址的方式(直接寻址),这就够了吗?
看这个问题,要求从30H单元开始,取20个数,分别送入A累加器。
就我们目前掌握的办法而言,要从30H单元取数,就用MOVA,30H,那么下一个数呢?
是31H单元的,怎么取呢?
还是只能用MOVA,31H,那么20个数,不是得20条指令才能写完吗?
这里只有20个数,如果要送200个或2000个数,那岂不要写上200条或2000条命令?
这未免太笨了吧。
为什么会出现这样的状况?
是因为我们只会把地址写在指令中,所以就没办法了,如果我们不是把地址直接写在指令中,而是把地址放在另外一个寄存器单元中,根据这个寄存器单元中的数值决定该到哪个单元中取数据,比如,当前这个寄存器中的值是30H,那么就到30H单元中去取,如果是31H就到31H单元中去取,就能解决这个问题了。
怎么个解决法呢?
既然是看的寄存器中的值,那么我们就能通过一定的办法让这里面的值发生变化,比如取完一个数后,将这个寄存器单元中的值加1,还是执行同一条指令,可是取数的对象却不一样了,不是吗。
通过例程来说明吧。
MOVR7,#20
MOVR0,#30H
LOOP:
MOVA,@R0
INCR0
DJNZR7,LOOP
这个例程中大部份指令我们是能看懂的,第一句,是将立即数20送到R7中,执行完后R7中的值应当是20。
第二句是将立即数30H送入R0工作寄存器中,所以执行完后,R0单元中的值是30H,第三句,这是看一下R0单元中是什么值,把这个值作为地址,取这个地址单元的内容送入A中,此时,执行这条指令的结果就相当于MOVA,30H。
第四句,没学过,就是把R0中的值加1,因此执行完后,R0中的值就是31H,第五句,学过,将R7中的值减1,看是否等于0,不等于0,则转到标号LOOP处继续执行,因此,执行完这句后,将转去执行MOVA,@R0这句话,此时相当于执行了MOVA,31H(因为此时的R0中的值已是31H了),如此,直到R7中的值逐次相减等于0,也就是循环20次为止,就实现了我们的要求:
从30H单元开始将20个数据送入A中。
这也是一种寻找数据的办法,由于数据是间接地被找到的,所以就称之为间址寻址。
注意,在间址寻址中,只能用R0或R1存放等寻找的数据。
9、单片机数据传递类指令
单片机数据传递类指令
(3)以直接地址为目的操作数的指令
MOVdirect,A例:
MOV20H,A
MOVdirect,RnMOV20H,R1
MOVdirect1,direct2MOV20H,30H
MOVdirect,@RiMOV20H,@R1
MOVdirect,#dataMOV20H,#34H
(4)以间接地址为目的操作数的指令
MOV@Ri,A例:
MOV@R0,A
MOV@Ri,directMOV@R1,20H
MOV@Ri,#dataMOV@R0,#34H
(5)十六位数的传递指令
MOVDPTR,#data16
8051是一种8位机,这是唯一的一条16位立即数传递指令,其功能是将一个16位的立即数送入DPTR中去。
其中高8位送入DPH,低8位送入DPL。
例:
MOVDPTR,#1234H,则执行完了之后DPH中的值为12H,DPL中的值为34H。
反之,如果我们分别向DPH,DPL送数,则结果也一样。
如有下面两条指令:
MOVDPH,#35H,MOVDPL,#12H。
则就相当于执行了MOVDPTR,#3512H。
数据传递类指令综合练习:
给出每条指令执行后的结果
上机练习:
说明:
用括号括起来代表内容,如(23H)则代表内部RAM23H单元中的值,(A)则代表累加器A单元中的值。
进入DOS状态,进入WAVE所在的目录,例D:
WAVE
键入MCS51,出现如下画面
《单片机数据传递指令》图1
按File-》Open,出现对话框后,在Name处输入一个文件名(见图2),如果是下面列表中已存在的,则打开这个文件,如果不存在这个文件,则新建一个文件(见图3)
图2
在空白处将上面的程序输入。
见图4。
用ALT+A汇编通过。
用F8即可单步执行,在执行过程中注意观察屏幕左边的工作寄存器及A累加器中的值的变化。
图4
内存中值的变化在此是看不到的,可以用如下方法观察(看图5):
将鼠标移到DATA,双击,则光标进入此行,此时可以键盘上的上下光标键上下翻动来观察内存值的变化。
本行的最前面DATA后面的数据代表的是“一段”的开始地址,如现在为20H,再看屏幕的最上方,数字从0到F,显示两者相加就等于真正的地址值,如现在图上所示的内存20H、21H、22H、23H中的值分别是FBH、0EH、E8H、30H。
图5
6、当运行完程序后,即进入它的反汇编区,不是我们想要的东西。
为了再从头开始,可以用CTRL+F2功能键复位PC值。
注意此时不会看到原来的窗口,为看到原来的窗口,请用ALT+4或ALT+5等来切换。
当然以上操作也可以菜单进行。
CTRL+F2是程序复位,用RUN菜单。
窗口用WINDOWS菜单。
此次大家就用用熟这个软件吧,说实话,我并不很喜欢它,操作起来不方便,但给我的机器只能上这个,没办法,下次再给网友单独介绍一个好一点的吧。
现在最好的是keil。
10、单片机数据传送类指令
单片机的累加器A与片外RAM之间的数据传递类指令
MOVXA,@Ri
MOVX@Ri,A
MOVXA,@DPTR
MOVX@DPTR,A
说明:
1)在51系列单片机中,与外部存储器RAM打交道的只能是A累加器。
所有需要传送入外部RAM的数据必需要通过A送去,而所有要读入的外部RAM中的数据也必需通过A读入。
在此我们能看出内外部RAM的区别了,内部RAM间能直接进行数据的传递,而外部则不行,比如,要将外部RAM中某一单元(设为0100H单元的数据)送入另一个单元(设为0200H单元),也必须先将0100H单元中的内容读入A,然后再传送到0200H单元中去。
要读或写外部的RAM,当然也必须要知道RAM的地址,在后两条单片机指令中,地址是被直接放在DPTR中的。
而前两条指令,由于Ri(即R0或R1)只是一个8位的寄存器,所以只供给低8位地址。
因为有时扩展的外部RAM的数量比较少,少于或等于256个,就只需要供给8位地址就够了。
使用时应当首先将要读或写的地址送入DPTR或Ri中,然后再用读写命令。
例:
将单片机外部RAM中100H单元中的内容送入外部RAM中200H单元中。
MOVDPTR,#0100H
MOVXA,@DPTR
MOVDPTR,#0200H
MOVX@DPTR,A
程序存储器向累加器A传送指令
MOVCA,@A+DPTR本指令是将ROM中的数送入A中。
本指令也被称为单片机查表指令,常用此指令来查一个已做好在ROM中的表格说明:
此条指令引出一个新的寻址办法:
变址寻址。
本指令是要在ROM的一个地址单元中找出数据,显然必须知道这个单元的地址,这个单元的地址是这样确定的:
在执行本指令立脚点DPTR中有一个数,A中有一个数,执行指令时,将A和DPTR中的数加起为,就成为要查找的单元的地址。
查找到的结果被放在A中,因此,本条指令执行前后,A中的值不一定相同。
例:
有一个数在R0中,要求用查表的办法确定它的平方值(此数的取值范围是0-5)
MOVDPTR,#TABLE
MOVA,R0
MOVCA,@A+DPTR
TABLE:
DB0,1,4,9,16,25
设R0中的值为2,送入A中,而DPTR中的值则为TABLE,则最终确定的ROM单元的地址就是TABLE+2,也就是到这个单元中去取数,取到的是4,显然它正是2的平方。
其它数据也能类推。
标号的真实含义:
从这个地方也能看到另一个问题,我们使用了标号来替代具体的单元地址。
事实上,标号的真实含义就是地址数值。
在这里它代表了,0,1,4,9,16,25这几个数据在ROM中存放的起点位置。
而在以前我们学过的如LCALLDELAY单片机指令中,DELAY则代表了以DELAY为标号的那段程序在ROM中存放的起始地址。
事实上,CPU正是通过这个地址才找到这段程序的。
能通过以下的例程再来看一看标号的含义:
MOVDPTR,#100H
MOVA,R0
MOVCA,@A+DPTR
ORG0100H.
DB0,1,4,9,16,25
如果R0中的值为2,则最终地址为100H+2为102H,到102H单元中找到的是4。
这个能看懂了吧?
那为什么不这样写程序,要用标号呢?
不是增加疑惑吗?
如果这样写程序的话,在写程序时,我们就必须确定这张表格在ROM中的具体的位置,如果写完程序后,又想在这段程序前插入一段程序,那么这张表格的位置就又要变了,要改ORG100H这句话了,我们是经常需要修改程序的,那多麻烦,所以就用标号来替代,只要一编译程序,位置就自动发生变化,我们把这个麻烦事交给计算机指我们用的电脑去做了。
堆栈操作
PUSHdirect
POPdirect
第一条指令称之为推入,就是将direct中的内容送入堆栈中,第二条指令称之为弹出,就是将堆栈中的内容送回到direct中。
推入指令的执行过程是,首先将SP中的值加1,然后把SP中的值当作地址,将direct中的值送进以SP中的值为地址的RAM单元中。
例:
MOVSP,#5FH
MOVA,#100
MOVB,#20
PUSHACC
PUSHB
则执行第一条PUSHACC指令是这样的:
将SP中的值加1,即变为60H,然后将A中的值送到60H单元中,因此执行完本条指令后,内存60H单元的值就是100,同样,执行PUSHB时,是将SP+1,即变为61H,然后将B中的值送入到61H单元中,即执行完本条指令后,61H单元中的值变为20。
POP指令的在单片机中执行是这样的,首先将SP中的值作为地址,并将此地址中的数送到POP指令后面的那个direct中,然后SP减1。
接上例:
POPB
POPACC
则执行过程是:
将SP中的值(现在是61H)作为地址,取61H单元中的数值(现在是20),送到B中,所以执行完本条指令后B中的值是20,然后将SP减1,因此本条指令执行完后,SP的值变为60H,然后执行POPACC,将SP中的值(60H)作为地址,从该地址中取数(现在是100),并送到ACC中,所以执行完本条指令后,ACC中的值是100。
这有什么意义呢?
ACC中的值本来就是100,B中的值本来就是20,是的,在本例中,的确没有意义,但在实际工作中,则在PUSHB后一般要执行其他指令,而且这些指令会把A中的值,B中的值改掉,所以在程序的结束,如果我们要把A和B中的值恢复原值,那么这些指令就有意义了。
还有一个问题,如果我不用堆栈,比如说在PUSHACC指令处用MOV60H,A,在PUSHB处用指令MOV61H,B,然后用MOVA,60H,MOVB,61H来替代两条POP指令,不是也一样吗?
是的,从结果上看是一样的,但是从过程看是不一样的,PUSH和POP指令都是单字节,单周期指令,而MOV指令则是双字节,双周期指令。
更何况,堆栈的作用不止于此,所以一般的计算机上都设有堆栈,单片机也是一样,而我们在编写子程序,需要保存数据时,常常也不采用后面的办法,而是用堆栈的办法来实现。
例:
写出以下单片机程序的运行结果
MOV30H,#12
MOV31H,#23
PUSH30H
PUSH31H
POP30H
POP31H
结果是30H中的值变为23,而31H中的值则变为12。
也就两者进行了数据交换。
从这个例程能看出:
使用堆栈时,入栈的书写次序和出栈的书写次序必须相反,才能保证数据被送回原位,不然就要出错了。
作业:
在MCS51下执行上面的例程,注意观察内存窗口和堆栈窗口的变化。
11、单片机算术运算指令
不带进位位的单片机加法指令
ADDA,#DATA;例:
ADDA,#10H
ADDA,direct;例:
ADDA,10H
ADDA,Rn;例:
ADDA,R7
ADDA,@Ri;例:
ADDA,@R0
用途:
将A中的值与其后面的值相加,最终结果否是回到A中。
例:
MOVA,#30H
ADDA,#10H
则执行完本条指令后,A中的值为40H。
下面的题目自行练习
MOV34H,#10H
MOVR0,#13H
MOVA,34H
ADDA,R0
MOVR1,#34H
ADDA,@R1
带进位位的加法指令
ADDCA,Rn
ADDCA,direct
ADDCA,@Ri
ADDCA,#data
用途:
将A中的值和其后面的值相加,并且加上进位位C中的值。
说明:
由于51单片机是一种8位机,所以只能做8位的数学运算,但8位运算的范围只有0-255,这在实际工作中是不够的,因此就要进行扩展,一般是将2个8位的数学运算合起来,成为一个16位的运算,这样,能表达的数的范围就能达到0-65535。
如何合并呢?
其实很简单,让我们看一个10进制数的例程:
66+78。
这两个数相加,我们根本不在意这的过程,但事实上我们是这样做的:
先做6+8(低位),然后再做6+7,这是高位。
做了两次加法,只是我们做的时候并没有刻意分成两次加法来做罢了,或者说我们并没有意识到我们做了两次加法。
之所以要分成两次来做,是因为这两个数超过了一位数所能表达的范置(0-9)。
在做低位时产生了进位,我们做的时候是在适当的位置点一下,然后在做高位加法是将这一点加进去。
那么计算机中做16位加法时同样如此,先做低8位的,如果两数相加产生了进位,也要“点一下”做个标记,这个标记就是进位位C,在PSW中。
在进行高位加法是将这个C加进去。
例:
1067H+10A0H,先做67H+A0H=107H,而107H显然超过了0FFH,因此最终保存在A中的是7,而1则到了PSW中的CY位了,换言之,CY就相当于是100H。
然后再做10H+10H+CY,结果是21H,所以最终的结果是2107H。
带借位的单片机减法指令
SUBBA,Rn
SUBBA,direct
SUBBA,@Ri
SUBBA,#data
设(每个H,(R2)=55H,CY=1,执行指令SUBBA,R2之后,A中的值为73H。
说明:
没有不带借位的单片机减法指令,如果需要做不带位的减法指令(在做第一次相减时),只要将CY清零即可。
乘法指令
MULAB
此单片机指令的功能是将A和B中的两个8位无符号数相乘,两数相乘结果一般比较大,因此最终结果用1个16位数来表达,其中高8位放在B中,低8位放在A中。
在乘积大于FFFFFH(65535)时,0V置1(溢出),不然OV为0,而CY总是0。
例:
(A)=4EH,(B)=5DH,执行指令
MULAB后,乘积是1C56H,所以在B中放的是1CH,而A中放的则是56H。
除法指令
DIVAB
此单片机指令的功能是将A中的8位无符号数除了B中的8位无符号数(A/B)。
除法一般会出现小数,但计算机中可没法直接表达小数,它用的是我们小学生还没接触到小数时用的商和余数的概念,如13/5,其商是2,余数是3。
除了以后,商放在A中,余数放在B中。
CY和OV都是0。
如果在做除法前B中的值是00H,也就是除数为0,那么0V=1。
加1指令
INCA
INCRn
INCdirect
INC@Ri
INCDPTR
用途很简单,就是将后面目标中的值加1。
例:
(A)=12H,(R0)=33H,(21H)=32H,(34H)=22H,DPTR=1234H。
执行下面的指令:
INCA(A)=13H
INCR2(R0)=34H
INC21H(21H)=33H
INC@R0(34H)=23H
INCDPTR(DPTR)=1235H
后结果如上所示。
说明:
从结果上看INCA和ADDA,#1差不多,但INCA是单字节,单周期指令,而ADD#1则是双字节,双周期指令,而且INCA不会影响PSW位,如(A)=0FFH,INCA后(A)=00H,而CY
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