单片机教学(七)

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MOV P1,#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,这种转换有两种方法: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同,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、寻址

让我们先来复习一下我们学过的一些指令:MOV P1,#0FFH,MOV R7,#0FFH这些指令都是将一些数据送到相应的位置中去,为什么要送数据呢?第一个因为送入的数可以让灯全灭掉,第二个是为了要实现延时,从这里我们可以看出来,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MOV P1,#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,我们可以明确地知道,P1中的值是0FFH,但是并不是任何时候都可以直接给出数本身的。例如,在我们前面给出的延时程序例是这样写的:




 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?我们可以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。这样就可以满足要求。

从这里我们可以得出结论,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,所以称这种方法为直接寻址。除了这种方法之外,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:MOV A,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,MOV A,00H,和MOV A,R0不就没什么区别了吗?为什么要加以区分呢?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,但是执行的过程不同,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(E5H 00H),而第二条则只要一个字节(E8h)就可以了。

这么斤斤计较!不就差了一个周期吗,如果是12M的晶振的话,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,寻找操作数可以通过直接给的方式(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MOV A,30H,那么下一个数呢?是31H单元的,怎么取呢?还是只能用MOV A,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,就可以解决这个问题了。怎么个解决法呢?既然是看的寄存器中的值,那么我们就可以通过一定的方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。通过例子来说明吧。

   MOV R7,#20

   MOV R0,#30H

LOOP:MOV A,@R0

   INC R0

   DJNZ R7,LOOP

这个例子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MOV A,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MOV A,@R0这句话,此时相当于执行了MOV A,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方法,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。

二、指令



数据传递类指令

1) 以累加器为目的操作数的指令

MOV A,Rn

MOV A,direct

MOV A,@Ri

MOV A,#data

第一条指令中,Rn代表的是R0-R7。第二条指令中,direct就是指的直接地址,而第三条指令中,就是我们刚才讲过的。第四条指令是将立即数data送到A中。

下面我们通过一些例子加以说明:

MOV A,R1 ;将工作寄存器R1中的值送入A,R1中的值保持不变。

MOV A,30H ;将内存30H单元中的值送入A,30H单元中的值保持不变。

MOV A,@R1 ;先看R1中是什么值,把这个值作为地址,并将这个地址单元中的值送入A中。如执行命令前R1中的值为20H,则是将20H单元中的值送入A中。

MOV A,#34H ;将立即数34H送入A中,执行完本条指令后,A中的值是34H。

 

2)以寄存器Rn为目的操作的指令

MOV Rn,A

  MOV Rn,direct

  MOV Rn,#data

这组指令功能是把源地址单元中的内容送入工作寄存器,源操作数不变。

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