51单片机学习笔记（2）

单片机指令系统（1）

2.1单片机时钟系统

1.时钟电路

电容C1和C2对振荡频率起稳定微调作用。C1、C2必须相等，一般取30pF左右

2.时序与工作周期

8051 MCU内部具有时钟电路，在引脚XTAL1、XTAL2外接晶体振荡器、电容，为时钟电路提供振荡源，就会产生MCU工作所需要的时钟信号。

   时钟频率=外接晶振频率

MCU的时钟电路产生基准的时钟信号，还有如下几个工作周期：

时钟周期
状态周期
机器周期
指令周期

时钟周期T0

也称为振荡周期，是晶振频率的倒数；是MCU中最基本、最小的时间单位。若振荡源频率为f ，则时钟周期为T0=1/ f ；
1个时钟周期定义为一个节拍P。

若晶振频率f为6MHz，则时钟周期为1/ f即1/6us；若晶振频率为f为12MHz，则时钟周期为1/ f即1/12us。

状态周期S

是时钟周期的两倍S =2T0=2/ f ，即由连续的2个节拍P1和P2组成。

机器周期TM

CPU执行一个基本操作所需要的时间。1个机器周期由6个状态周期（S1-S6）即12个时钟周期组成。
1个机器周期TM ＝6个状态周期S＝12个时钟周期（振荡周期）T0

指令周期

执行一条指令所需要的时间。
通常每条指令的执行可划分为1-4个基本操作，完成一个基本操作需要1个机器周期TM。所以指令周期有1-4个机器周期组成。

2.2特殊寄存器简介

   特殊功能寄存器SFR（Special  Function Register），也称专用寄存器。
   SFR主要用于内部硬件功能模块（如定时器/计数器、串行口、中断系统等）的管理和控制，用来存放功能模块的控制命令、状态或数据。

在我上一篇文章中已经将各特殊寄存器的地址列出，可作为参考，这里就不赘述。在本节中将简单讲解一些常用特殊寄存器。

1.程序计数器PC（特殊）

也称为程序指针，具有如下特点：

PC是一个16位的专用寄存器，作为程序指针则其寻址范围为0～64KB。

PC用于存放下一条要执行的指令地址，复位后PC的内容为0000H，即指向ROM的0000H单元，表示CPU将从0000H取指令执行。

PC不属于特殊功能寄存器。因此不占用SFR地址空间，是不可寻址的，在程序中不能直接访问。

PC可以通过LJMP、SJMP等转移指令来间接修改PC的值，也可通过变址寻址方式访问，例如：MOVC A,@A+PC。

2.累加器A

累加器A（或ACC）是CPU中使用最频繁8位专用寄存器。

它的地址和可寻址位如下：

字节地址：E0H；
位地址： E0H～E7H，分别对应ACC.7～ACC.0。

3.B寄存器

B寄存器是一个8位寄存器，一般用于乘除指令中：
MUL AB A乘B
DIV AB A除以B
它的地址和可寻址位如下：
字节地址： F0H;
位地址： F0H～F7H；

在其它情况下，B寄存器可以作为内部RAM中的一个单元来使用。

3.程序状态字PSW。

程序状态字PSW （Program Status Word）用来存放程序状态信息，表征指令的执行状态，供程序查询和判别之用。其字节地址： D0H

其各位地址如上图所示

对于C、AC、OV、P，根据指令执行结果，由硬件置位或清除，称为状态位。对于RS1、RS0、 F1、F0，根据使用需要，用指令设定，称为控制位。

RS1、RS0为工作寄存器组选择位， F1、F0由用户自定义。

C（CY）：进位标志。在加、减法运算时，若高位（D7）发生进位或借位则被置1（即C=1），否则被清0（C=0）；

AC：辅助进位标志。在加、减法运算时，若低4位向高4位发生进位或借位则AC=1，否则AC=0；AC标志在十进制调整指令DA A中要用到。

F0、F1：软件标志。由软件置位或复位，由用户定义使用；

RS1、RS0：工作寄存器组选择位。由软件置位或复位，用来选择4组工作寄存器中的一组；

OV： 溢出标志 。一般用于加减语句中，当两个数相加时第6以及第7位发生借位或者进位时，取这两位的进位情况的异或结果。

P：奇偶校验。用于标志语句中的数据中1的奇偶个数。

4.堆栈指针SP

1.堆栈指针简介
堆栈指针SP（Stack Pointer）：地址81H，是存放当前堆栈栈顶地址的一个8位寄存器。8051 MCU的堆栈是向上生成的：进栈时栈顶向高地址生长，SP的内容增加；出栈时栈顶向下回落，SP的内容减少。所以SP总是指向堆栈的栈顶。

堆栈的设置：8051微控制器复位后，堆栈指针SP的内容为07H，即默认堆栈区为08H开始向上的存储区。

因为08H-1FH单元为工作寄存器区，20H-2FH为位寻址区。通常是通过对SP赋值重新设置堆栈区域，将堆栈区设置到用户RAM区。

2.堆栈的方式

2.1指令方式：使用堆栈操作指令进行数据的“进栈”和“出栈”，实现一些数据的暂存，以及对现场的保护和恢复。

堆栈操作指令：
进栈指令：PUSH direct （ direct 范围: 00H-FFH）
出栈指令：POP direct

2.2自动方式：调用子程序或响应中断时，CPU会自动将返回地址或断点地址，压入堆栈保护；程序返回时，自动将断点地址弹回PC。操作由硬件自动完成的

5.数据指针DPTR

数据指针DPTR，是一个16位的SFR。主要功能是作为外部RAM的地址指针。

DPTR也可以分为两个8位寄存器使用，高8位用DPH表示，低8位用DPL表示。地址如下：
DPH地址：83H
DPL地址： 82H

6.端口0-3及其它SFR

P0、P1、P2、P3：分别是I/O端口P0～P3的锁存器，地址分别为：80H、90H、A0H、B0H，可以位寻址。

对于端口即引脚的操作实际上是对这些寄存器的操作，其端口引脚与端口寄存器的位具有映射关系。

其它SFR：SBUF、T0、T1、IP、IE、TMOD、TCON、SCON、PCON等。

微控制器复位后，除SP为07H，P0~P3为FFH外，其余均为0。

2.3单片机指令

1.指令格式：操作码 操作数，按指令长度又可分为单字节指令，双字节指令，三字节指令。

汇编语言基本格式

2.不同寻址方式

2.1立即寻址：操作数直接写在指令中
例如 MOV DPTR,#2345H，（其中2345H前面有一个#号，代表“#2345H”是一个数字，如果没有#，代表这是一个地址）。

2.2寄存器寻址：以寄存器里的内容作为操作数
例如 MOV A,R0就是将寄存器R0里的内容作为操作数的。

2.3直接寻址：直接写出操作数的地址
例如 MOV A,31H，其中31这个地址里就装着所需的操作数。

2.4寄存器间接寻址：操作数为存在该地址里的内容所表示的地址里
例如 MOV A,@R0，在本句中，R0为一个地址，假设它内部装的数为32H，那么32H这个地址里装的数才是本句的操作数。

2.5变址寻址：以某个寄存器的基本地址加上偏移量作为地址（51单片机里没有专用的变址寻址寄存器，采用DPTR，PC指针的值作为基本地址，将累加器A作为偏移量）
例如MOV A,@A+PC,就是将A里的内容作为偏移地址，PC里的内容作为基本地址，加在一起后，把这个数作为地址，取里面的数据作为操作数。

2.6相对寻址，以PC作为基本地址，加上偏移量rel形成有效的转移地址

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