单片微型计算机原理与接口技术 髙锋 课后答案第3章

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第3章 【单片机的指令系统】

思考与练习题解析

【3—1】什么是指令及指令系统?

【答】控制单片机进行某种操作的命令称为“指令”。单片机就是根据指令来指挥和控制

单片机各部分协调工作。指令由二进制代码表示，指令通常包括操作码和操作数两部分：操作码规定操作的类型，操作数给出参加操作的数或存放数的地址。

所有指令的集合称为“指令系统”。80C51单片机的指令系统专用于80C51系列单片机， 是一个具有255种操作码(OOH～FFH，除A5H外)的集合。

【3—2】80C51单片机的指令系统具有哪些特点?

【答】80C51单片机的指令系统容易理解和阅读。只要熟记代表33种功能的42种助记即可。有的功能如数据传送，可以有几种助记符，如MOV、MOVc、MOVX。而指令功能助

记符与操作数各种寻址方式的结合，共构造出111种指令，而同一种指令所对应的操作码可以多至8种(如指令中Rn对应寄存器R0～R7)。

80C51单片机的指令系统具有较强的控制操作类指令，容易实现“面向控制”的功能；具有位操作类指令，有较强的布尔变量处理能力。

【3—3】简述80C51指令的分类和格式。

【答】80C51的指令系统共有111条指令，按其功能可分为5大类：数据传送类指令(28条)、算术运算类指令(24条)、逻辑运算类指令(25条)、控制转移类指令(17条)和布尔操作(位)类指令(17条)。 指令的表示方法称之为“指令格式”，其内容包括指令的长度和指令内部信息的安排等。在80C51系列的指令系统中，有单字节、双字节和三字节等不同长度的指令。

·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。

·双字节指令：包括两个字节。其中一个字节为操作码，另一个字节是操作数。

·三字节指令：操作码占一个字节，操作数占两个字节。其中操作数既可能是数据，也可能是地址。

【3—4】简述80C51的指令寻址方式，并举例说明。

【答】执行任何一条指令都需要使用操作数，寻址方式就是在指令中给出的寻找操作数或操作数所在地址的方法。

80C5l系列单片机的指令系统中共有以下7种寻址方式。

①立即寻址。在指令中直接给出操作数。出现在指令中的操作数称为“立即数”，为了与直接寻址指令中的直接地址相区别，在立即数前面必须加上前缀“#”。

例如：MOV DPTR，#1234H ；1234H为立即数，直接送DPTR

②直接寻址。在指令中直接给出操作数单元的地址。

例如： MOV A，55H ；55H是操作数单元的地址，55H单元内的数据才是操作数，取出后送累加器A

③寄存器寻址。在指令中将指定寄存器的内容作为操作数。因此，指定了寄存器就能得 到操作数。寄存器寻址方式中，用符号名称来表示寄存器。

例如： INC R7 ；R7的内容为操作数，加1后再送回R7

④寄存器间接寻址。在指令中给出的寄存器内容是操作数的地址，从该地址中取出的才 是操作数。可以看出，在寄存器寻址方式中，寄存器中存放的是操作数；而在寄存器间接寻址 方式中，寄存器中存放的则是操作数的地址。

寄存器间接寻址须以寄存器符号名称的形式表示。为了区别寄存器寻址和寄存器间接寻 址，在寄存器间接寻址中，应在寄存器的名称前面加前缀“@”。

例如： ORL A．@Ro； 当R0寄存器的内容是60H时，该指令功能是以RO寄存器的内容60H为地址，将60H地址单元的内容与累加器A中的数相“或”，其结果仍存放在A中。

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⑤相对寻址。在指令中给出的操作数为程序转移的偏移量。相对寻址方式是为实现程序的相对转移而设立的，为相对转移指令所采用。

在相对转移指令中，给出地址偏移量(在80C51系列单片机的指令系统中，以“rel”表示，为8位带符号数)，把PC的当前值加上偏移量就构成了程序转移的目的地址。而PC的当前值是指执行完转移指令后的PC值，即转移指令的PC值加上转移指令的字节数。转移的目的地址可用如下公式表示：

目的地址=(转移指令所在地址+转移指令字节数)+rel

例如：SJMP 80H ；80H为程序转移的偏移量，即一128。当前PC值减去128后即为转移地址

⑥变址寻址。以DPTR或PC作基址寄存器，累加器A作变址寄存器，以两者内容相加形成的16位程序存储器地址作为操作数地址。又称“基址寄存器+变址寄存器间接寻址”。变址寻址方式只能对程序存储器进行寻址。

例如： MOVC A，@A+DPTR ；功能是把DPTR和A的内容相加，所得到的程序存储器地址单元的内容送A

⑦位寻址。80C51系列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。位寻址的寻址范围：

●片内RAM中的位寻址区。

·可位寻址的特殊功能寄存器位。

例如：MOV c，80H ；功能是把位寻址区的80H位(即P0．0)状态送累加位C

【3—5】访问特殊功能寄存器SFR，可使用哪些寻址方式?

【答】访问特殊功能寄存器SFR的惟一寻址方式是直接寻址方式。这时除了可以单元地址形式(如90H)给出外，还可以寄存器符号形式(如P1)给出。虽然特殊功能寄存器可以使用寄存器符号标志，但在指令代码中还是按地址进行编码的。

【3—6】若访问外部RAM单元，可使用哪些寻址方式?

【答】访问外部RAM单元的惟一寻址方式是寄存器间接寻址方式。片外RAM的64 KB单元，使用DPTR作为间址寄存器，其形式为@DPTR，例如“MOVX A，@DPTR”的功能是把DPTR指定的片外RAM单元的内容送累加器A。

片外RAM低256个单元，除了可使用DPTR作为间址寄存器外，也可使用：R0或R1作间址寄存器。例如“MOVX A，@R0'’即把R0指定的片外RAM单元的内容送累加器A。

【3—7】若访问内部RAM单元，可使用哪些寻址方式?

【答】片内RAM的低128单元可以使用寄存器间接寻址方式，但只能采用R0或R1为间址寄存器，其形式为@Ri(i=0，1)。

片内RAM的低128单元可以使用直接寻址方式，在指令中直接以单元地址形式给出。

片内RAM的低128单元中的20H～2FH有128个可寻址位，还可以使用位寻址方式，对这128个位的寻址使用直接位地址表示。

【3—8】若访问程序存储器，可使用哪些寻址方式?

【答】访问程序存储器可使用的寻址方式有立即寻址方式、变址寻址方式和相对寻址方式三种。立即寻址是指在指令中直接给出操作数。变址寻址方式只能对程序存储器进行寻址，或者说这是专门针对程序存储器的寻址方式。相对寻址方式是为实现程序的相对转移而设立的。这三种寻址方式所得到的操作数或操作数地址都在程序存储器中。

【3—9】MOV、MOVC、MOⅥ(指令有什么区别?分别用于哪些场合?为什么?

【答】MOV指令用于对内部RAM的访问。MOVC指令用于对程序存储器的访问，从程序存储器中读取数据(如表格、常数等)。MOVX指令采用间接寻址方式访问外部数据存储器．有Ri和DPTR两种间接寻址方式。执行MOVX指令时，在P3．7引脚上输出RD有效信号．或在P3．6引脚上输出

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WR有效信号，可以用做外部数据存储器或I／O的读／写选通信号，与单片机扩展电路有关。

【3—10】说明“DA A”指令功能，并说明二一十进制调整的原理和方法。

【答】“DA A”指令的功能是对两个BCD码的加法结果进行调整。两个压缩型BCD码按二进制数相加之后，必须经过该指令的调整才能得到压缩型BCD码的和数。“DA A”指令对两个BCD码的减法结果不能进行调整。

BCD码采用4位二进制数编码，并且只采用了其中的10个编码，即0000～1001，分别代表BCD码0～9，而10lO～1111为无效码。当两个BCD码相加结果大于9时，说明已进入无效编码区；当两个BCD码相加结果有进位时，说明已跳过无效编码区。若结果进入或跳过无效编码区，则结果是错误的，相加结果均比正确结果小6(差6个无效编码)。

十进制调整的修正方法为：当累加器低4位大于9或半进位标志AC=1时，进行低4位加6修正；当累加器高4位大于9或进位标志CY=l时，进行高4位加6修正。

【3一11】说明80C51单片机的布尔处理机的构造及功能。

【答】80C51单片机内部有一个布尔(位)处理机，具有较强的布尔变量处理能力。布尔处理机实际上是一位微处理机，它包括硬件和软件。布尔处理机以进位标志CY作为位累加器，以80C51单片机内部RAM的20H～2FH单元及部分特殊功能寄存器为位存储器，以80C51单片机的PO、P1、P2和P3为位I／O。

对位地址空间具有丰富的位操作指令，包括布尔传送指令、布尔状态控制指令、位逻辑操作指令及位条件转移指令，为单片机的控制带来很大方便。

【3—12】试分析以下程序段的执行结果。

MOV SP，#60H

MOV A，#88H

MOV B，#OFFH

PUSH ACC

PUSH B

POP ACC

POP B

【答】结果如下：

MOV SP，#60tt ；(SP)=60H

NOV A，#88tt ；(A)=88H

MOV B．#0FFH ；(B)=FFH

PUSH ACC ；(SP)=61H，(61H)=88H

PUSH B ；(SP)=62H，(62H)=FFH

POP ACC ；(A)=FFH，(SP)=61H

POP B ；(B)=88H，(SP)=60H

程序段的执行结果：累加器A和寄存器B的内容通过堆栈进行了交换。

注意：80C51单片机的堆栈是按照先进后出的原则进行管理的。

【3-1】已知(A)=7AH，(RO)=30H，(30H)=A5 H，(PSW)=80H。请填写各条指令单独执行后的结果。

(1) XCH A，R0

(2) XCH A，30tt

(3) XCH A，@R0

(4) XCHD A，@R0

(5) SWAP A

(6) ADD A，R0

(7) ADD A，30H

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(8) ADD A，#30H

(9) ADDC A，30H

(10) SUBB A，30H

(11) SUBB A，#30H

【答】结果如下：

(1) XCH A，R0 ；(A)=30H，(R0)：7AH

(2) XCH A，30H ；(A)=A5H，(30H)=7AH,(PSW)=81H

(3) XCH A，@R0 ；(A)=R5H，(30H)=7AH，(PSW)=81H

(4) XCHD A，@R0 ；(A)=75H，(30H)=AAH，(PSW)=81H

(5) SWAP A ；(A)=A7H

(6) ADD A，R0 ；(A)=AAH，(PSW)=04H

(7) ADD A，30H ；(A)=1FH，(PSW)=81H

(8) ADD A，#30H ；(A)=AAH，(PSW)=04H

(9) ADDC A，30H ；(A)=20H，(PSW)=01H

(10) SUBB A，30H ；(A)=D4H，(PSW)=84H

(11) SUBB A，#30H ；(A)=49H，(PSW)=01H

【3—14】已知(30H)=40H，(40H)=10 H，(10H)=00H，(P1)=CAH，请写出执行以下程序段后有关单元的内容。

MOV R0，#30H

MOV A，@R0 ．

MOV R1，A

MOV B，@R1

MOV @R1，P1

MOV A，@R0

MOV IOH，#20H

MOV 30H，10H

【答】有关单元的内容如下：

MOV R0，#30H ；(RO)=30H

MOV A，@R0 ；(A)=40H

MOV Rl，A ；(R1)=40H

MOV B，@R1 ；(B)=1OH

MOV @R1，P1 ；(40H)=CAH

MOV A，@RO ；(A)=40H

MOV 10H，#20H ；(10H)=20H

MOV 30H，10H ；(30H)=20H

执行以上程序段后，有关单元的内容分别为：(30H)=20H，(40H)=CAH，(10H)=20H，(P1)=CAH。

【3-15】已知(R1)=20 H，(20 H)=AAH，请写出执行完下列程序段后A的内容。

MOV A，#55H

ANL A，#0FFH

0RL 20H，A

XRL A，@R1

CPL A

【答】各指令的执行结果如下：

MOV A，#55H ；(A)=55H

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ANL A，#0FFH ；(A)=55H

ORL 20H，A ；(20H)=FFH

XRL A，@R1 ；(A)=AAH

CPL A ；(A)=55H

执行完程序段后，A的内容为5 5 H。

【3—16]设内部数据存储器30 H、31 H单元中连续存放有4位BCD码数符，试编程序把4位BCD码数符倒序排列。请对源程序加以注释。

a3 a2 al a0 a0 al a2 a3

【答】源程序如下：

MOV R0，#30H

MOV R1，#31H

MOV A，@R0 ；30H单元内容送A

SWAP A ；A的高4位与低4位交换(a2与a3)

MOV @R0，A

MOV A，@R1 ；31H单元内容送A

SWAP A ；A的高4位与低4位交换(a0与a1)

XCH A，@R0 ；30H与31H单元内容交换

MOV @R1，A ，

HERE：SJMP HERE

【3-17】设(A)=C3 H，(RO)=AAH。分析指令“ADD A，R0"的执行结果。

【答】 1 1 0 0 0 0 1 1 B

+ 1 0 1 0 1 0 1 0 B

C=1 0 1 1 0 1 1 0 1 B

执行结果：(A)=6DH，(CY)=1，(OV)=1，(AC)=O。PSW=10XXXIXl。

分析：第6位无进位而第7位有进位，故溢出标志OV=1。对于两个带符号数相加，OV=1即表示出现两个负数相加，结果为正数的错误；对于两个无符号数相加，不必考虑OV值。

第7位有进位，故进位标志C=1。对于两个无符号数相加，C=1即表示相加后有正常溢出，可用于多字节无符号数相加。对于两个带符号数相加，不必考虑C值。

【3-l8】阅读下列程序，说明其功能。

MOV R0，#30H

MOV A, @R0

RL A

MOV RI，A

RL A

RL A

ADD A．Rl

MOV @R0，A

【答】对程序注释如下：

MOV R0，#30H ；(RO)=30H

M0V A，@R0 ；取数

RL A ；(A)×2

MOV R1，A

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RL A ；(A)x 4

RL A ；(A)×8

ADD A，R1 ；(A)X i0

MOV @R0，A ；存数

功能：将30 H中的数乘以10以后再存回30H中。

条件：30 H中的数不能大于25，25×10=250仍为一个字节。若30H中的数大于25，则应考虑进位。

【3—19】已知两个十进制数分别在内部RAM中的40 H单元和50H单元开始存放(低位在前)，其字节长度存放在内部RAM的30 H单元中。编程实现两个十进制数求和，求和结果存放在40 H开始的单元中。

【答】程序如下：

ORG 0000H

SJMP MAIN

ORG 0030H

MAIN：

MOV R0，#40H ；被加数首址．又作两个十进制数和的首址

MOV R1，#50H ；加数首址

MOV R2，30H ；字节长度

CLR C

PP： MOV A，@R1 ；取加数

ADDC A，@R0 ；带进位加

DA A ；二一十进制数调整

MOV @R0，A ；存和

INC R0 ；修正地址

INC R1

DJNZ R2，PP ；多字节循环加

AJMP $

END

【3—20】编程实现把外部RAM中从8000 H开始的100个字节数据传送到 8100开始的单元中。

【答】程序如下：

ORG 0000H

SJMP MAIN

ORG 0030H

MAIN：MOV DPTR，#8000H ；字节数据源首地址

MOV R1，#100 ；字节数据计数器

MOV R2，#01H

MOV R3，#00H

PP： MOVX A，@DPTR ；读数据

MOV R4，A ；保存读出数据

CLR C

MOV A，DPL ；计算得到字节数据目的地址

ADD A，R3

MOV DPL，A

MOV A，DPH

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ADDC A，R2

MOV DPH，A

MOV A，R4 ；恢复读出数据

MOVX @DPTR，A ；写数据至目的地址

CLR C ；恢复源数据地址 ．

MOV A，DPL

SUBB A，R3

MOV DPL，A

MOV A，DPH

SUBB A，R2

MOV DPH，A

INC DPTR ；地址加1

DJNZ R1,PP ；是否传送完?

SJMP $

注意：字节数据源地址和目的地址都在外部RAM中，地址指针都为DPTR，所以要注意DPTR地址指针的保护和恢复。地址的保护和恢复的方法有多种，如通过堆栈或寄存器。

【3-2 1】读下列程序，请：

① 写出程序功能，并以图示意。

② 对源程序加以注释。

ORG 0000H

MAIN：MOV DPTR，#TAB

MOV R1，#06H

LP： CLR A

MOVC A，@A+DPTR

MOV P1，A

LCALL DELAY O．5 s ．

、INC DPTR

DJNZ R1，LP

AJMP MAIN’

TAB：DB 01H，03H，02H，06H，04H，05H

DEL AY0．5 s： ······

RET

END

【答】 ．

① 程序功能：将TAB表中的6个参数依次从P1口中输出(每次输出延时0.5 s)，然后

重复输出。P1口输出波形如图3-1所示。这是步进电机三相六拍输出波形。

图3-l Pl口输出波形

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ORG 0000H

MAIN：MOV DPTR，#TAB ；P1输出参数表首地址

MOV R1，#06H ；P1输出参数有6个

L,P： CLR A

MOVC A，@A+DPTR ；查表输出

MOV P1，A

LCALL DELAY 0．5 s ；软件延时0．5 S

INC DPTR

DJNZ R1，LP ；输出参数已有6个 ?

AJMP MAIN ；输出参数已有6个，则重复输出

TAB：DB 01H，03H，02H，06H，04H，05H ；参数表

DELAY0．5 s： ；延时0．5 S子程序

RET

【3—22】读下列程序，然后 ① 画出P I．O～P1．3引脚上的波形图，并标出电压V一时间t坐标。 ② 对源程序加以注释。

ORG 0000H

START： MOV SP，#20H

MOV 30H，#01H

MOV P1，#01H

MLP0： ACALT, D50ms

M07 A，30H

CJNE A，#08H，MLPI

MOV A，#01H

MOV DPTR，#ITAB

MLP2： MOV 30H，A

MOVC A，@A+DPTR

MOV P1，A

SJMP Mr,p0

MLPl： INC A

SJMP MLP2

ITAB：DB 0，1，2，4，8 ．

DB 8，4，2，1

D50ms： ······ ．

【答】

① 程序功能：P1．O～P1．3引脚上的波形图如图3—2所示。

图3—2 P1．O～P1．3引脚上的波形图

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ORG 0000H

START： MOV SP，#20H

MOV 30H，#01H

MOV P1，#01H

MLP0： ACALL ,D50ms ；软件延时50 ms

MOV A，30H

CJNE A，#08H，MLPI ；判断表格中数据是否取完? MOV A，#01H ；取完，从表头开始取

MOV DPTR，#ITAB ；表格首地址

MLP2： MOV 30H，A

MOVC A，@A+DPTR ；取表格中数据

MOV P1，A

SJMP MLP0

MLPI： INC A ；表格中数据未取完，准备取下一个 SJMP MLP2

ITAB：DB 0，1，2，4，8 ；表

DB 8，4，2，1

D50ms： ；软件延时50 ms子程序

RET

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