《單片微機及其應用》總復習計算機基礎知識

MCS-51指令系統

MCS-51功能模塊單片機系統擴展單片機體系結構試題類型：1.選擇題(每題2分，共20分)2.填空題(每空1分，共20分)3.判斷題(每題1分，共10分)4.改錯題(每題2分，共8分)5.閱讀分析題(4題，共20分)6.編程、應用題(3題，共22分)§1計算機基礎知識微型計算機系統硬件微型計算機（主機）微處理器

(CPU)軟件外圍設備運算器控制器存儲器

(內存)RAMROM外部設備輔助設備輸入設備(鍵盤、掃描儀、語音識別儀…)

輸出設備(顯示器、打印機、繪圖儀、…)

輔助存儲器(磁帶、磁盤、光盤)輸入/輸出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC…)(I/O接口)總線(AB、DB、CB)系統軟件(操作系統，編輯、編譯程序，故障診斷,監控程序…)應用軟件(科學計算，工業控制，數據處理…)程序設計語言(機器語言、匯編語言、高級語言)電源電路時鐘電路一、計算機組成二、數制數制的概念二進制、十進制、八進制、十六進制等BCD碼：8421BCD碼，用4位二進制數表示1位十進制數§2單片機體系結構一、8051的總體結構中央處理器(CPU)中斷控制器時鐘電路程序存儲器并行I/O接口數據存儲器定時器特殊I/O部件外部中斷源外接元件并行I/O線特殊I/O線VccVss內部中斷源外部輸入線8051片上硬件資源面向控制的8位CPU4K字節ROM程序存儲器128字節內部RAM數據存儲器2個16位定時器/計數器1個全雙工的異步串行口5個中斷源、2個中斷優先級的中斷控制器時鐘電路、時鐘頻率在1.2MHz~12MHz引腳圖CPU是單片機的核心，由運算器和控制器，以及若干寄存器組成，完成運算和控制操作。CPU指令執行過程 一個特殊的寄存器：程序計數器PC(1)中央處理單元CPU(2)程序存儲器：ROM、EPROM、Flash(3)數據存儲器：內部RAM、特殊功能寄存器(4)I/O部件：并行口、串行口、定時器等1.NMOS型單片機的時鐘電路(1)振蕩電路C1、C2取30pF，晶振：1.2~12MHz(2)外部時鐘上拉電阻取5.1kΩ,外部時鐘頻率小于12MHz二、時鐘和時鐘電路2.CMOS型單片機的時鐘電路復位電路是單片機應用系統的一部分基本電路。復位操作有上電自動復位和兩種方式按鍵手動復位三、復位和復位電路四、CPU定時CPU工作：不斷取指、執行的過程時鐘周期、指令周期、機器周期時鐘周期：輸入時鐘的周期。指令周期：CPU取出指令到該指令執行完成所需要的時間。機器周期：是指令周期的計算單位，分為6個狀態，每個狀態為2個時鐘周期。一個機器周期＝12個時鐘周期五、存儲器組織MCS-51單片機有5個獨立的存儲空間：64K字節程序存儲器空間(0～0FFFFH)256字節內部RAM空間(0～0FFH)128字節內部特殊功能寄存器空間(80～0FFH)位尋址空間(0～0FFH)64K字節外部數據存儲器(RAM/IO)空間(0～0FFFFH)專用寄存器低128字節FFH00H7FH80H0100H00FFH000H低256字節64KBFFFFH60KB外部外部內部0000H0FFFH0000H0FFFH1000HFFFFH程序存儲器(ROM)數據存儲分配（RAM)EA=1EA=0程序存儲器存儲器選擇：

(1)由EA引腳電平決定存儲器的選擇

(2)PSEN只有在訪問外部程序存儲器時才有效程序存儲器的空間分配： (1)復位入口及中斷入口

(2)程序空間復位入口中斷入口(INT0)中斷入口(T0)中斷入口(INT1)中斷入口(T1)中斷入口(串行口)

······0H3H0BH13H1BH23H內部RAM數據存儲器7FH30H20H18H10H08H00H工作寄存器0工作寄存器1工作寄存器2工作寄存器3位尋址區堆棧或數據緩沖堆棧或數據緩沖80HFFHMCS-51內部RAM數據存儲器空間為128字節或256字節，區域劃分如右圖所示：工作寄存器區內部RAM的前32個單元作為寄存器使用，共分為四組，每組含8個寄存器，在組中按R7-R0編號。地址：00H-1FH程序狀態字PSW中第三、四位(RS0、RS1)決定當前工作寄存器組MOVA,R0與MOVA,00H位尋址區片內20H-2FH;位地址：00H-7FH供用戶使用的一般RAM區，其單元地址為30H-7FH.堆棧與數據緩沖區內部RAM中除去了工作寄存器、位尋址區和堆棧區以外的單元都可以作為數據緩沖器，存放輸入的數據或運算的結果。堆棧：用于保護CPU現場，后進先出的RAM緩沖區進棧：SP加1,再數據進棧退棧：先數據退棧，再SP減1復位SP＝07H:即堆棧區從08H開始特殊功能寄存器

MCS-51除了前面提到的20H~7FH的RAM單元可以位尋址外，特殊功能寄存器中地址為8的倍數的，也可以位尋址位尋址的好處：不需要過多的數據傳送、字節屏蔽和測試分支樹，就能實現復雜的組合邏輯功能。

包括：CPU寄存器、IO口鎖存器以及定時器、串行口、中斷等各種控制寄存器和狀態寄存器累加器A(ACC)累加器為8位寄存器，地址為：E0H.

a)用于存放操作數，是ALU輸入的一個重要來源。

b)是ALU運算結果的暫存單元，用于存放運算的中間結果。

c)是數據傳送的中轉站，單片機中的大部分數據傳送都通過累加器進行

d)在變址尋址方式中把累加器作為變址寄存器使用。B寄存器

8位寄存器，主要用于乘除運算。乘法運算：被乘數和乘數相乘，其中乘數放在B中，對于乘積的結果，高8位存于B中，低8位存于A中。除法運算：B中為除數，A中為被除數。結果B中為余數，A中為商值。數據指針(DPTR)

16位寄存器，在訪問外部64K數據存儲器時作地址指針使用。

DPTR為16位，可分為兩個8位寄存器。

DPH:

DPTR高位字節、8位

DPL:DPTR低位字節、8位六、中斷系統INT0INT1T0T1IT0IT1IE0IE1+EA

EX0

ET0

ET1

ES

EX1

PX0

PT0

PT1

PS

PX1(IE)

011

0TF1TF0TI/RI(IP)TIRI高優先級中斷轉移入口低優先級中斷轉移入口(TC0N/SC0N)中斷總允許中斷優先級寄存器中斷允許寄存器中斷請求標志中斷源IT0、IT1：外部中斷、引腳電平觸發方式選擇位。當為“0”時低電平有效；為“1”時下降沿有效。IE0、IE1：外部中斷的中斷請求標志位。置位時表示有中斷請求。TF0、TF1：定時器/計數器計數溢出中斷請求標志。置位時表示有中斷請求，中斷響應后硬件自動清零

。

定時器/計數器控制寄存器

TCON結構TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H

串行口控制寄存器

SCON結構SCOND7D6D5D4D3D2D1D0------TIRI位地址

99H98H中斷允許寄存器IE結構IED7D6D5D4D3D2D1D0EA--ESET1EX1ET0EX0位地址AFH

ACHABHAAHA9HA8H

中斷優先級管理寄存器IP結構IPD7D6D5D4D3D2D1D0---PSPT1PX1PT0PX0位地址

BCHBBHBAHB9HB8H⑴CPU查詢到某中斷標志為1，則按優先級的高低進行處理，即響應中斷；⑵響應中斷后，CPU首先使被響應中斷的相應“優先級激活”觸發器置位，以阻撓同級和低優先級的中斷的響應。斷點地址的入棧次序是：先低位地址入棧，再高位地址入棧，堆棧指針的值被加2；⑶將對應中斷源的中斷矢量地址裝入程序計數器PC⑷中斷服務程序；⑸執行RETI指令，從堆棧中彈出斷點地址進入PC，先彈出高位地址，后彈出低位地址，堆棧指針減2，恢復原程序的執行。MCS-51的中斷檢測與響應哪些情況下中斷響應將受到阻斷？⑴同級或高優先級的中斷正在進行中。⑵現在的機器周期還不是執行指令的最后一個機器周期，即正在執行的指令還沒完成前，不響應任何中斷。⑶正在執行的是中斷返回指令RETI或是訪問專用寄存器IE、IP的指令。MCS-51中斷系統規定：在執行完這些指令之后，不會馬上響應中斷，至少再執行一條其它指令后才會響應。中斷的響應時間

一般，在單級中斷系統中，中斷的響應時間最短為3個機器周期，最長為8個機器周期。一、偽指令也稱為匯編命令，提供匯編控制信息；沒有對應的機器語言指令1.定位偽指令ORGm

m指出該偽指令后的指令的匯編地址2.定義字節偽指令DBX1,X2,…,Xn

Xi為單字節數據，也可以為一個表達式

Xi也可以為字符串，每一個字符為一個ASCII碼

注：存于目標程序存儲器中，常用于定義常數表3.字定義偽指令DWY1,Y2,Y3

Yi為雙字節數據，也可以為一個表達式注：存于目標程序存儲器中，常用于定義地址表§3MCS-51指令系統4.字或字節賦值偽指令標號EQUm將值m賦給前面的標號，此時程序中標號和m等價5.位賦值偽指令標號bitn將值n賦給前面的標號，n一般指位地址6.匯編程序結束偽指令END匯編結束，對其后的匯編程序不作處理7.標號和注釋標號：加在指令之前，其值就是該指令的存儲地址標號必須是字母開頭，后跟1～8個字母或數字，以冒號結束注釋：以分號“；”開始對程序進行標注常用的縮寫符號A累加器ACCAB累加器ACC和寄存器B組成的寄存器對direct直接地址0~0FFH#data立即數，0~0FFH@間接尋址＋加－減*乘/除∧與∨或⊕異或=等于<小于>大于<>不等于

傳送×寄存器名(×)×寄存器內容((×))由×寄存器尋址的存儲單元內容()X寄存器的內容取反rrr指令編碼中rrr三位值由工作寄存器Rn確定，R0~R7對應的的rrr為000～111$本條指令起始地址rel相對偏移量，-128～+127二、尋址方式尋址方式：指令給出參與運算的數據的方式，即確定操作數地址的方法MCS-51指令尋址方式主要有5種：存器尋址、直接尋址、寄存器間接尋址、立即尋址和基址寄存器＋變址寄存器間接尋址由指令指出以某寄存器的內容為操作數。寄存器尋址方式使用范圍：（1）內部RAM中的32個工作寄存器R0～R7；（2）A、B、C、AB、DPTR；1、寄存器尋址2、直接尋址在指令中含有操作數的直接地址，該地址指出了參與運算的數所在的字節單元地址或位地址（位尋址）。直接尋址的尋址范圍：（1）內部數據存儲器的低128字節，00H～7FH；（2）特殊功能寄存器，注意除A、B、DPTR外，其他SFR只能采用直接尋址方式。（3）位尋址：所有可尋址位；例如：MOVA，70H；（A）←（70H）

MOVC，70H；（CY）←（70H）注意：對累加器直接尋址和位尋址時，要用符號“ACC”或直接地址“E0H”，以區別于寄存器尋址。例：MOVA，@R0 ；（A）←（（R0））

PUSHACC ；（（SP））←（A）

MOVXA，@DPTR ；（A）←（（DPTR））3、寄存器間接尋址指令中指出某一個寄存器的內容為操作數的地址，以符號“＠”表示。其尋址范圍：(1)以R0，R1為地址指針，尋址內部RAM00～7FH和外RAM的低256B；(2)以堆棧SP為地址指針，尋址棧區單元；(3)DPTR，或R0、R1(須用P2指定高8位地址)為地址指針，尋址外部RAM的64KB空間和擴展I/O口。例如：

MOV A， #40H MOV DPTR，#TABLE；TABLE為標號地址

MOV P1， #00000111BMOV R3， #184、立即尋址操作數以常數的形式出現，直接跟在操作碼后面，以指令字節的形式存放在ROM中。（2）相對尋址指令中給定地址的相對偏移量rel，以PC當前值為基地址，加上rel所得結果為轉移目標地址。

rel：符號數，單字節補碼，-128～+127。 例如：1000H：JC80H；判C轉移指令，2字節 分析：當CY=1時，轉移，過程如下圖所示：（1）變址尋址以基址寄存器（PC、DPTR）和變址寄存器（A）的內容作為無符號數相加，形成16位地址，訪問程序存儲器（表格）。MOVCA，@A+PC；（A）←（（A）+（PC））MOVCA，@A+DPTR；（A）←（（A）+（DPTR））5、基址寄存器＋變址寄存器間接尋址MCS-51具有五個存儲器空間，其多數從零地址開始編址：程序存儲器空間0000～FFFFH內部RAM空間00～FFH特殊功能寄存器空間80H～FFH位地址空間00～FFH外部RAM/IO空間0000～FFFFH指令對哪一個空間進行操作由指令的操作碼和尋址方式確定：存儲器空間尋址方式程序存儲器立即尋址和基寄存器加變址寄存器間接尋址方式特殊功能寄存器直接尋址內部RAM高128字節寄存器間接尋址位地址空間位操作指令(寄存器尋址/直接尋址)外部擴展RAMMOVX指令(寄存器間接尋址)內部RAM低128字節直接尋址和寄存器間接尋址三、數據操作與指令類型數據操作包括對位、半字節、字節和雙字節數據進行各種操作程序狀態字PSW：即標志寄存器，字節地址為：D0H，可字節尋址、位尋址。作用：存放指令執行時有關信息、狀態，供程序查詢和判別。

PSW字格式：

D7D6D5D4D3D2D1D0 CYACF0RS1RS0OV—P PSW.7：CY，進位標志，布爾處理器的累加器C。

PSW.6：AC，半進位標志。

PSW.5：F0，用戶標志，可置位和復位。

PSW.4-PSW.3：RS1、RS0，指出當前工作寄存器區Rn。

PSW.2：OV，溢出標志。

PSW.1：保留位，可單獨使用，表示方法為D1H、PSW.1。

PSW.0：P，奇偶標志，指A中“1”的個數，為奇時置1。指令類型功能：

MCS-51單片機指令系統共有基本指令111條數據傳送指令(29)算術運算指令(24)邏輯運算指令(24)位操作指令(17)控制轉移指令(17)指令字節數：單字節指令(49條)，雙字節指令(45條)，三字節指令(17條)指令執行時間：單周期指令(64條)，雙周期指令(45條)，四周期指令(２條（乘,除指令）)1.MOV指令四、MCS-51指令系統(1)字節操作MOV目的操作數A

Rn@Ridirect源操作數A

Rn@Ridirect#data(2)位操作a)Rn與@Ri

不相容b)除了direct與direct外，源操作數和目的操作數，不能是同一類尋址c)#data不能做為目的操作數特殊16位數據傳送：MOVDPTR,#data16C(bit)MOV2.MOVX指令A@RiMOVX@DPTR3.MOVC指令A@A+DPTRMOVC@A+PC4.堆棧指令PUSHdirectPOPdirect5.XCH指令：字節交換XCH目的操作數A源操作數

Rndirect@Ri6.XCHD指令：半字節交換XCHD目的操作數A源操作數@Ri7.加、減指令ADD(ADDC)(SUBB)目的操作數A源操作數

Rndirect@Ri#data8.加(減)1指令INC操作數可以為：A,Rn,direct,@Ri,DPTRDEC9.十進制調整指令DAA10.乘、除指令MULABDIVAB對十進制加法的結果做十進制調整11.“清零、取反、置位”指令(1)字節操作ANLORLXRL目的操作數Adirect源操作數A

Rn@Ridirect#dataCLR/CPL操作數可以為：A,C,(bit)SETB操作數可以為：A,C,(bit)12.對A的循環及字節交換操作RL、RLC、RR、RRC、SWAP13.ANL、ORL、XRL指令(2)位操作ANL/ORLC(bit)或(bit)14.無條件轉移指令AJMPaddr112K字節范圍內的無條件跳轉指令：目標地址必須與它下面的指令存放地址在同一個2K字節存儲區域內。(1)短跳轉指令SJMPrel無條件跳轉指令：目標地址在此指令前128字節或后127字節LJMPaddr16無條件跳轉指令：直接將16位地址存入PC寄存器(2)相對轉移指令(3)長跳轉指令JMP@A+DPTR散轉指令：數據指針DPTR作為基址寄存器，累加器A作為變址寄存器；累加器中8位無符號數與DPTR相加，得到目標轉移絕對地址(4)散轉指令：基址寄存器加變址寄存器間接轉移15.條件轉移指令條件滿足時程序跳轉，指令中指出相對偏移量跳轉范圍為-128~127JZrel

；(A)＝0時轉移JNZrel

；(A)≠0時轉移JCrel

；CY＝1時轉移JNCrel

；CY＝0時轉移JBbit,rel

；(bit)=1時轉移JNBbit,rel

；(bit)=0時轉移JBCbit,rel

；(bit)=1時轉移,并清零(bit)(1)測試條件符合轉移指令CJNEA,direct,rel

CJNEA,#data,rel

CJNERn,#data,rel

CJNE@Ri,#data,rel(2)比較不相等轉移指令前后操作數進行比較，如果不相等，則根據其后的相對偏移量進行轉移。該指令影響PSW的進位標志CY：如果第一操作數小于第二操作數，則置位CY，否則清零CYDJNZRn,rel

DJNZdirect,rel

(3)減1不為0轉移指令操作過程：

(1)將源操作數減1,結果回送到源操作數中；

(2)判斷結果不為0,則轉移16.調用和返回指令(1)短調用指令

格式:ACALL addr11;PC+2

PC形成PC15-11;SP+1

SP,PCL

(SP);SP+1

SP,PCH

(SP);addr11

PC10-0受限2k字節范圍：所調用的子程序的起始地址必須與ACALL后面指令的第一個字節在同一個2k字節區域(2)長調用指令

格式: LCALLaddr16;PC+3->PC;SP+1->SP,PCL->(SP);SP+1->SP,PCH->(SP);addr16->PC可調用64K字節范圍內的任何一個子程序

(3)子程序返回指令

RET ;(SP)->PC15-8,SP-1->SP;(SP)->PC7-0,SP-1->SP(4)中斷返回指令

RETI;(SP)->PC15-8,SP-1->SP;(SP)->PC7-0.SP-1->SP

它除了執行從中斷服務程序返回中斷時保護的斷點處繼續執行程序外(類似RET功能)，并清除內部相應的中斷狀態寄存器。因此，中斷服務程序必須以RETI為結束指令。(5)空操作指令格式:NOP;PC+1->PC關于指令字節數(1)一般為單字節指令(2)指令中出現direct(直接地址)、bit(位地址)或#data(立即數)，字節數加1(4)指令中出現addr11或rel，字節數加1； 指令中出現addr16，字節數加2(3)指令中出現#data16，字節數加2關于指令周期數(1)算術運算指令：除去INCDPTR是2周期，乘除為4周期，其他均為單周期(2)邏輯運算指令：除去direct與#data的運算是2周期，其他均為單周期(3)數據傳送指令：對于MOV，累加器A相關的指令為單周期，其他與direct相關的指令為2周期，其余為單周期；MOVC，MOVX,PUSH,POP為2周期指令,XCH和XCHD為單周期指令(4)位操作指令：除兩操作數運算和MOVbit,C是2周期，其他為單周期(5)控制轉移指令：均為2周期指令(6)NOP：單周期指令五、匯編語言程序設計1.流程圖的繪制常用的框圖形式2.循環程序設計方法

軟件延時程序3.子程序設計和參數傳遞方法

自動斷點和現場保護(區別于控制轉移)

參數傳遞方法：用工作寄存器或累加器來傳遞參數用指針寄存器來傳遞參數用堆棧來傳遞參數程序段參數傳遞§4

MCS-51單片機內的功能模塊一、并行口結構及操作8051單片機有4個I/O端口:(1)每個端口都是8位準雙向口，共占32根引腳。(2)每個端口都包括一個鎖存器(即專用寄存器P0～P3)、一個輸出驅動器和輸入緩沖器。在無片外擴展存儲器的系統中，這4個端口的每一位都可以作為準雙向通用I/O端口使用。在具有片外擴展存儲器的系統中，P2口作為高8位地址線，P0口分時作為低8位地址線和雙向數據總線。由一個輸出鎖存器、兩個三態輸入緩沖器和輸出驅動電路組成----準雙向口。1.P1口可以采用字節操作、位操作當作為輸入時，應保持口鎖存器為1P3口為多功能口，第一功能為準雙向口，其特性與P1口相似；第二功能為特殊輸入/輸出線。2.P3口可以采用字節操作、位操作當作為輸入/第二功能IO線時，應保持口鎖存器為13.P2口結構及操作P2也有兩種功能：(1)普通輸入/輸出口(2)系統擴展的地址總線口，輸出高8位地址A8~A154.P0口結構及操作P0為三態雙向IO口：(1)普通輸入/輸出口(2)系統擴展的地址/數據總線(分時復用)作為輸入口時，一般接10kΩ左右的上拉電阻。MCS-51P2A8~A15地址總線RDPSENWRP0ALE地址鎖存器A0~A7D0~D7(數據總線)(控制總線)5.MCS-51的并行擴展總線二、定時/計數器結構及操作M0M1

GATEM0M1GATE89HD0D1D2D3D4D5D6D7TMODT1T0方式控制寄存器TMODMCS-51系列單片機內有2個可配置的16位定時/計數器T0、T1，跟它們相關的特殊功能寄存器有：TH0、TL0、TH1、TL1、TMOD、TCON，另外還有IE和IP。M1M0工作方式計數器配置及功能簡述00方式013位計數器，TLi只用低5位01方式116位計數器10方式28位自動重裝計數器，THi的值在計數中不變，TLi溢出時，THi中的值自動裝入TLi中11方式3T0分為兩個獨立的8位計數器，T1用作波特率發生器控制寄存器TCON是一個8位寄存器，既可以字節尋址也可以位尋址，字節地址為88H，位尋址的地址為88H~8FH。其格式為：TCON8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0控制寄存器TCON初始化的步驟①寫TMOD②寫THi與TLi③寫IE④寫TCON三、串行口結構及操作發送寄存器SBUF接收寄存器SBUF內部總線讀信號寫信號地址：99H輸入移位寄存器1.串行口控制寄存器SCON用來控制串行通信的方式選擇、接收，指示串行口的中斷狀態地址98H，有位尋址功能，其格式如下：位地址

9FH

9EH9DH9CH

9BH9AH99H

98H位功能SM0SM1SM2REN

TB8

RB8

TI

RISM0(SCON.7)，SM1(SCON.6)——串行口工作方式選擇位。

SM0

SM1

工作方式

特點

波特率

0

0

方式0擴展移位寄存器(8位)

fosc/12

0

1

方式1

10位異步收發

由定時器控制

1

0

方式2

11位異步收發

fosc/64或fosc/32

1

1

方式3

11位異步收發由定時器控制

電源控制寄存器PCON僅有幾位有定義，其中最高位SMOD與串行口控制有關，其它位與掉電方式有關。寄存器PCON的地址為87H，只能字節尋址。其格式如下：SMOD(PCON.7)——串行通信波特率系數控制位。當SMOD＝1時，使波特率加倍。復位后，SMOD