第2章 MCS-51单片机指令系统
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单片机原理 第2章 MCS-51单片机体系结构
8051单片机的内RAM共有128个单元，应用最为灵活，用于 存放变量的值、运算结果和标志位等信息。按其用途可分为三个 区域。
2.4.2 MCS-51单片机数据存储器
2.4.2 MCS-51单片机数据存储器
1. 工作寄存器区
字节地址为00H~1FH的32个单元是4组通用工作寄存器区，每组占用8个 字节，都标记为R0~R7。在某一时刻，CPU只能使用其中的一组工作寄存 器，工作寄存器的选择由程序状态字寄存器PSW中RS1、RS0两位来确定 ，如表2-3所示。
2. 数据总线DB 数据总线宽度为8位（D0~D7），由P0提供。
3. 控制总线CB 控制总线由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、 和ALE组成。
2.3 MCS-51单片机的中央处理器
• 8051系列单片机的中央处理器CPU是单片机 的指挥中心和执行机构，它的作用是产生合适的 时序，读入和分析每条指令代码，根据每条指令 代码的功能要求，指挥并控制单片机的有关部件 和器件，具体执行指定的操作。
2.2.3 并行I/O引脚
3. P2口
P2口，为准双向I/O口，具有内部上拉电阻。一共8位，有P2.0～P2.7共8 条引脚。当8051系列单片机扩展外部存储器及I/O接口芯片时，P2口作为 地址总线（高8位），和P0输出的低8位地址一起构成16位地址，可以寻址 64KB的地址空间。
P2口位结构图如图2-3 （c）所示，它比P1口多了 一个转换控制部分，当P2 与P0配合作为“地址/数据总 线”方式下的高8位数据线 （A8~A15）时，CPU将写 控制信号“1”使MUX切换到 右边，在“地址/数据总线” 方式下，无论P2口剩余多 少地址线，均不能被用于 普通I/O操作。
（2）控制引脚—— 、
2.4.2 MCS-51单片机数据存储器
2.4.2 MCS-51单片机数据存储器
1. 工作寄存器区
字节地址为00H~1FH的32个单元是4组通用工作寄存器区，每组占用8个 字节，都标记为R0~R7。在某一时刻，CPU只能使用其中的一组工作寄存 器，工作寄存器的选择由程序状态字寄存器PSW中RS1、RS0两位来确定 ，如表2-3所示。
2. 数据总线DB 数据总线宽度为8位（D0~D7），由P0提供。
3. 控制总线CB 控制总线由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、 和ALE组成。
2.3 MCS-51单片机的中央处理器
• 8051系列单片机的中央处理器CPU是单片机 的指挥中心和执行机构，它的作用是产生合适的 时序，读入和分析每条指令代码，根据每条指令 代码的功能要求，指挥并控制单片机的有关部件 和器件，具体执行指定的操作。
2.2.3 并行I/O引脚
3. P2口
P2口，为准双向I/O口，具有内部上拉电阻。一共8位，有P2.0～P2.7共8 条引脚。当8051系列单片机扩展外部存储器及I/O接口芯片时，P2口作为 地址总线（高8位），和P0输出的低8位地址一起构成16位地址，可以寻址 64KB的地址空间。
P2口位结构图如图2-3 （c）所示，它比P1口多了 一个转换控制部分，当P2 与P0配合作为“地址/数据总 线”方式下的高8位数据线 （A8~A15）时，CPU将写 控制信号“1”使MUX切换到 右边，在“地址/数据总线” 方式下，无论P2口剩余多 少地址线，均不能被用于 普通I/O操作。
（2）控制引脚—— 、
第2章 MCS-51单片机结构与时序_110905
2.3.1 运算部件及专用寄存器组 2.3.2 控制部件及振荡器 2.3.3 单片机工作的基本时序
2.3.1 运算部件及专用寄存器组
运算部件以算术逻辑单元ALU为核心，包括一个位处理器和 两个8位暂存寄存器（不对外开放），它能实现数据的算术运 算、逻辑运算、位变量处理和数据传输操作。 累加器ACC 寄存器B 专用寄存器组 程序状态字PSW 程序计数器PC 堆栈指针SP 数据指针寄存器DPTR
锁 存 器
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VCC VSS
地 址 总 线 (AB)
数 据 总 线 (DB)
VCC VSS
ห้องสมุดไป่ตู้(a)
(b)
MCS-51系列单片机引脚及总线结构
2.3 微 处 理 器
Program State Word
accumulator
ALU －－Arithmetic and Logic Unit
图2.1 MCS-51单片机内部结构框图
1．算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄存器B
算术逻辑单元不仅能完成8位二进制的加、减、乘、除、加 1、减1及BCD加法的十进制调整等算术运算，还能对8位变量进 行逻辑"与"、"或"、"异或"、循环移位、求补、清零等逻辑运 算，并具有数据传输、程序转移等功能。 累加器(ACC，简称累加器A，地址E0H)为一个8位寄存器， 它是CPU中使用最频繁的寄存器。进入ALU作算术和逻辑运算的 操作数多来自于A，运算结果也常送回A保存。 寄存器B（地址F0H ）是为ALU进行乘除法运算而设置的。 若不作乘除运算时，则可作为通用寄存器使用。
2.3.1 运算部件及专用寄存器组
运算部件以算术逻辑单元ALU为核心，包括一个位处理器和 两个8位暂存寄存器（不对外开放），它能实现数据的算术运 算、逻辑运算、位变量处理和数据传输操作。 累加器ACC 寄存器B 专用寄存器组 程序状态字PSW 程序计数器PC 堆栈指针SP 数据指针寄存器DPTR
锁 存 器
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VCC VSS
地 址 总 线 (AB)
数 据 总 线 (DB)
VCC VSS
ห้องสมุดไป่ตู้(a)
(b)
MCS-51系列单片机引脚及总线结构
2.3 微 处 理 器
Program State Word
accumulator
ALU －－Arithmetic and Logic Unit
图2.1 MCS-51单片机内部结构框图
1．算术逻辑单元ALU与累加器ACC、寄存器B
算术逻辑单元不仅能完成8位二进制的加、减、乘、除、加 1、减1及BCD加法的十进制调整等算术运算，还能对8位变量进 行逻辑"与"、"或"、"异或"、循环移位、求补、清零等逻辑运 算，并具有数据传输、程序转移等功能。 累加器(ACC，简称累加器A，地址E0H)为一个8位寄存器， 它是CPU中使用最频繁的寄存器。进入ALU作算术和逻辑运算的 操作数多来自于A，运算结果也常送回A保存。 寄存器B（地址F0H ）是为ALU进行乘除法运算而设置的。 若不作乘除运算时，则可作为通用寄存器使用。
《单片机原理及应用》课后习题答案
2.12 ALE信号有何功用？一般情况下它与机器周期的关系如何？在什么条件下ALE信号可用作外部设备的定时信号。
答案：ALE是地址锁存使能信号，是机器周期的二倍。当不使用单字节双周期的指令，如MOVX类指令时，可以作为外部设备的定时信号。
2.13 有那几种方法能使单片机复位？复位后各寄存器的状态如何？复位对内部RAM有何影响？
2.6 8051如何确定和改变当前工作寄存器组？
2.7 MCS-51单片机的程序存储器中0000H、0003H、000BH、0013H、001BH和0023H这几个地址具有什么特殊的功能？
2.8 8051单片机有哪几个特殊功能寄存器？可位寻址的SFR有几个？
2.9 程序状态寄存器PSW的作用是什么？常用标志有哪些位？作用是什么？
TH1、TL1、TH0、TL0的内容为00H，定时器/计数器的初值为0。
(TMOD)=00H，复位后定时器/计数器T0、T1为定时器方式0，非门控方式。
(TCON)=00H，复位后定时器/计数器T0、T1停止工作，外部中断0、1为电平触发方式。
(T2CON)=00H，复位后定时器/计数器T2停止工作。
可位寻址的SFR有11个。
2.9 程序状态寄存器PSW的作用是什么？常用标志有哪些位？作用是什么？
答案：PSW—程序状态字。主要起着标志寄存器的作用。常用标志位及其作用如下：
Cy——进（借）位标志，其主要作用是保存算术运算的进或借位并在进行位操作时做累加器。
在执行某些算术和逻辑指令时，可以被硬件或软件置位或清零。在算术运算中它可作为进位标志，在位运算中，它作累加器使用，在位传送、位与和位或等位操作中，都要使用进位标志位。
2.14 MCS-51的时钟振荡周期、机器周期和指令周期之间有何关系？
答案：ALE是地址锁存使能信号，是机器周期的二倍。当不使用单字节双周期的指令，如MOVX类指令时，可以作为外部设备的定时信号。
2.13 有那几种方法能使单片机复位？复位后各寄存器的状态如何？复位对内部RAM有何影响？
2.6 8051如何确定和改变当前工作寄存器组？
2.7 MCS-51单片机的程序存储器中0000H、0003H、000BH、0013H、001BH和0023H这几个地址具有什么特殊的功能？
2.8 8051单片机有哪几个特殊功能寄存器？可位寻址的SFR有几个？
2.9 程序状态寄存器PSW的作用是什么？常用标志有哪些位？作用是什么？
TH1、TL1、TH0、TL0的内容为00H，定时器/计数器的初值为0。
(TMOD)=00H，复位后定时器/计数器T0、T1为定时器方式0，非门控方式。
(TCON)=00H，复位后定时器/计数器T0、T1停止工作，外部中断0、1为电平触发方式。
(T2CON)=00H，复位后定时器/计数器T2停止工作。
可位寻址的SFR有11个。
2.9 程序状态寄存器PSW的作用是什么？常用标志有哪些位？作用是什么？
答案：PSW—程序状态字。主要起着标志寄存器的作用。常用标志位及其作用如下：
Cy——进（借）位标志，其主要作用是保存算术运算的进或借位并在进行位操作时做累加器。
在执行某些算术和逻辑指令时，可以被硬件或软件置位或清零。在算术运算中它可作为进位标志，在位运算中，它作累加器使用，在位传送、位与和位或等位操作中，都要使用进位标志位。
2.14 MCS-51的时钟振荡周期、机器周期和指令周期之间有何关系？
单片机 第二章 MCS51指令系统
MCS
51 指 #data16——包含在指令中的16位常数。 令 addr16——16位目的地址。 系 统 addr11——11位目的地址。 rel——8位带符号的偏移字节，简称偏移量。 DPTR——数据指针，可用作16位地址寄存器。 bit ——内部RAM或专用寄存器中的直接寻址位。 2014-4-21 5
MOV DPTR，# 3400H ；DPTR←#3400H
*PSW、DPTR为直接寻址寄存器的符号地址。
MOV A，30H；A←30H内部RAM单元中的内容 合 肥 工 业 大 学
*30H为直接给出的内部RAM的地址。
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2.3.3
寄存器寻址
以通用寄存器的内容为操作数的寻址方式。通用寄存器指 四个区的R0～R7 。 第 二 章 MCS 51 指 令 系 统 例如：设当前 PSW 的 RS1RS0=0 ，则下列操作涉及 0 区的 R0-R7
MCS
例2： MOVC A，@ A+PC ；A←（A+PC） 51 指 这条指令与上条指令不同的是，基址寄存器是PC。 合 令 肥 系 统 这二条指令通常又称为“查表指令”，其中前者为“远程 工 业 查表指令”，而后者为“近程查表指令”。（注意使用场 大 学 合及实例）
2014-4-21 14
2.3.6
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MCS
2.3.4
寄存器间接寻址
片内RAM
第 二 章 MCS 51 指 令 系 统
R0
30H
30H 34H
A
34H
图2.3-1 MOV @R0，A间接寻址示意图
合 肥 工 业 大 学
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12
2.3.4
第2章 MCS-51单片机
（4）可寻址外部程序存储器和数据存储器，各64KB；
（5）两个16位定时器／计数器； （6）32位可编程并行I／O口； （7）一个可编程全双工串行I／O口； （8）二十多个特殊功能寄存器； （9）5个中断源，两个优先级嵌套中断结构。
2. 微处理器 8051微处理器的组成如下所示：
累 加 器 ACC（ Accumulator） 程 序 状 态 字 寄 存 器 PSW（ Program Status Word） 运算器 暂存寄存器 CPU 寄存器B 指 令 寄 存 器 IR 控制器 指 令 译 码 器 ID 程 序 计 数 器 PC
(2)位寻址区
内部RAM的0x20～0x2F为位寻址区，这16个字节的每
一位都对应一个8位地址，位地址范围为0x00～0x7F。该区 域可按字节读写，也可按位读写，位地址从0x20单元最低位 开始，共有16×8位，即128个位地址。 如果系统需要位操作，最好保留0x20～0x2F单元的部分
或全部，作为位存储区，以支持位处理操作。位寻址区的每
一位都可以直接进行位操作。通常把各种程序状态标志位控 制变量，设在位寻址区内，同时，位寻址区的RAM单元也 可以作一般的数据缓冲器使用。RAM寻址区位地址映象如 表2-5所示。
位 寻 址 区 地 址 映 象
(3)缓冲器区
内部RAM的0x30～0x7F的地址区，可作为数据缓冲器 使用，存放数据，由于该区有丰富的操作指令，使用十分 方便。 2.外部数据存储器 在51系列中，允许用户扩展外部数据存储器和I/O接口， 用户可以通过P0、P2口最多扩展连接64K个外部单元（每
片机系统。
MCS-51的典型产品是8051、8031、8751。8051是ROM型单片 机，内部有 4KB 掩膜 ROM ； 8031 无片内 ROM ， 8751 片内有
单片机-第二章MCS51单片机结构及原理
OC门
频率低于 12MHz
外时钟方式电路图
MCS-51 CPU时序
一、机器周期、状态、相位
· 一个机器周期包括6个S 状态S1～S6，每个S状态
分为2 (拍)个振荡周期（相位P1，相位P2）。 · 1个机器周期＝ 6个S状态＝12 (拍)个振荡周期 · 采用主频为 12MHz 振荡源，每个机器周期为1µ S
定时元件采用由石英晶体和电容组成并联谐振 电路。晶体和电容尽可能靠近单片机芯片。
振荡频率 1.2MHz~12MHz
19
电容通常 选择为 30PF 左右
XTAL1
C1 C2
晶 振
单 片 机
XTAL2
18
内时钟方式电路图
⑵ 控制信号 名称 功
PSEN
能
片外取指信号（片外程序存储器读）输出端 低电平有效。通过P0口读回指令或常数。
一、51单片机的管脚功能 1、按功能分类 I/O口线 控制口线 电 时 源 钟 P0 、 P1 、 P2 、 P3 共32条
PSEN、ALE、EA/VPP、RESET 共4条
Vcc、 Vss
共2条
XTAL1、 XTAL2 共2条
2、管脚的功能
（1）电源与时钟 Vcc：接+5V电源端 Vss：接地端 XTAL1：片内振荡电路输入端 XTAL2：片内振荡电路输出端 内时钟方式 时钟电路： 外时钟方式 在XTAL1、XTAL2上外接定时 内时钟方式： 元件，使其形成自激振荡器。
定时元件采用由石英晶体和电容组成并联谐振 电路。晶体和电容尽可能靠近单片机芯片。
振荡频率 1.2MHz~12MHz
19
电容通常 选择为 30PF 左右
XTAL1
C1 C2
MCS系列单片机指令系统2
Y
解：本题是十进制数累加，必 须对和要进行BCD码调整；同
N Cy=1?
Y
时加数的增长不能用INC指令， 千、百位加1
数据保存 结束
也必须进行BCD码调整，因此 只能用ADD A，＃01指令， 再进行BCD码调整。
BCD码调整 加数1
【例】在内RAM 30H～3FH 存放符号数，试统计中间负数 的个数，将统计结果存放在 40H单元中，试编制程序。
4）DW伪指令 指令格式：
［标号：］DW 16位二进制数表 说明：DW伪指令是定义字的伪指令，即从指定的地址单元 开始，定义若干个16位二进制数据，每个字占用两个单元， 先存高8位，再存低8位。用法同DB伪指令。
5）DS伪指令
指令格式：
地址
［标号：］DS <表达式>
说明：DS伪指令是定义存储区， 2000H
LOOP2:INC R0 DJNZ R2,LOOP1 END
本章小结
主要掌握立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接 寻址等寻址方式。 掌握各指令的格式及用法。 能阅读程序，写出结果。 能编写简单结构化程序。
【例】下列程序存放在ROM中的情
况。 源程序
机器语言
ORG 2000H
START:MOV A,#02H 74 02
MOVC A,@A+PC 83
RET
22
DB 41H,”4”,”A”41 34 41
END
地址 2000H 2001H 2002H 2003H 2004H 2005H 2006H
ROM 74 02 83 22 41 34 41
即从标号指定的单元开始保留表 2001H
达式所代表的存储单元数。
2002H
MCS-51指令系统解析
在寄存器中，指令中只给出该寄存器。执行指令时，首先
根据寄存器的内容，找到所需要的操作数地址，再由该地 址找到操作数并完成相应操作。
在MCS-51指令系统中，用于寄存器间接寻址的寄存器
有R0、R1和DPTR，称为寄存器间接寻址寄存器。
注意：间接寻址寄存器前面必须加上符号“@”。例如，
指令MOV A，@R0执行的操作是将R0的内容作为内部RAM 的地址，再将该地址单元中的内容取出来送到累加器A中。
A 3 AH
3 AH
图2.3 立即数寻址示意图
MOV P1,#55H MOV 20H,#55 MOV A,#0F0H MOV R4,#0FH MOV R0,#20H
；将立即数55H送P1口 ；将立即数55H送20H 单元 ；将立即数0F0H送累加器A ；将立即数0FH送寄存器R4中 ；将立即数20H送寄存器R0口
内部RAM
R1 A 2 0H
2 0H
0 9H 0 1
RS1 RS0
图2.1 寄存器寻址示意图
内部 RAM
A 8 8H
8 8H
3 AH图2.2 直接来自址示意图2. 直接寻址 直接寻址是指把存放操作数的内存单元的地址直接写在
指令中。在 MCS-51 单片机中，可以直接寻址的存储器主要
有内部RAM区和特殊功能寄存器SFR区。 例如，指令MOV A，3AH执行的操作是将内部RAM 中 地址为 3AH 的单元内容传送到累加器 A 中，其操作数 3AH 就 是存放数据的单元地址，因此该指令是直接寻址。 设内部RAM 3AH单元的内容是88H，那么指令MOV A， 3AH的执行过程如图2.2所示。
A,#00H,NEXT指令，操作数之间也以逗号相隔。
注释是对指令的解释说明，用以提高程序的可读性； 注释前必须加分号。
单片机指令系统与汇编语言程序设计
例如程序：
ORG
START： MOV
MOV
1000H A，#20H B，#30H
┇
a
5
（2）结束汇编伪指令END 格式：[标号:] END [表达式] 功能：放在汇编语言源程序的末尾，表明源程序的汇编到此 结束，其后的任何内容不予理睬。
（3）赋值伪指令EQU 格式：字符名称x EQU 赋值项n 功能：将赋值项n的值赋予字符名称x。程序中凡出现该字符
字（Word）：通常由16位二进制数码组成，即1Word=2Byte。
字长：字长是指计算机一次处理二进制数码位的多少。MCS51型单片机是8位机，所以说它的字长为8位。
MCS-51系列单片机都是以Intel公司最早的典型产品8051 为核心，增加了一定的功能部件后构成的。本章以8051为主介 绍MCS-51系列单片机 。
a
1
2.1 概述
指令系统：一台计算机所能识别、执行的指令的集合就是它 的指令系统。
机器语言：指令系统是一套控制计算机执行操作的二进制编 码，称为机器语言。机器语言指令是计算机惟一能识别和执 行的指令。
汇编语言：指令系统是利用指令助记符来描述的，称为汇编 语言。
计算机的指令系统一般都是利用汇编语言描述的，是由 计算机硬件设计所决定的。指令系统没有通用性。
（5）定义双字节伪指令DW 格式：[标号:] DW x1, x2,…, xn 功能：将双字节数据[或双字节数据组]顺序存放在从标号指定
地 存址储单单元元开，始先的存存高储8位单（元存中入。低其位中地，址x单i为元16中位）数，值后常存数低，8占位两（个存 入高位地址单元中）。
a
7
（6）预留存储空间伪指令DS
伪指令只出现在汇编前的源程序中，仅提供汇编用的某些控制 信息，不产生可执行的目标代码，是CPU不能执行的指令。
单片机原理及应用(第3版)参考答案
单片机原理及应用（第3版）参考答案《单片机原理及应用(第3版)》习题参考答案姜志海黄玉清刘连鑫编著电子工业出版社目录第1章概述 ............................................................. 2 第2章 MCS,51系列单片机硬件结构 . (5)第3章 MCS,51系列单片机指令系统 .......................................10 第4章 MCS,51系列单片机汇编语言程序设计 ............................... 13 第5章 MCS,51系列单片机硬件资源的应用 ................................. 18 第6章 MCS,51系列单片机并行扩展接口技术 ............................... 23 第7章 MCS,51系列单片机串行总线扩展技术 ............................... 28 第8章单片机应用系统设计 . (30)第1章概述1(简述微型计算机的结构及各部分的作用微型计算机在硬件上由运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备五大部分组成。
运算器是计算机处理信息的主要部分;控制器控制计算机各部件自动地、协调一致地工作;存储器是存放数据与程序的部件;输入设备用来输入数据与程序;输出设备将计算机的处理结果用数字、图形等形式表示出来。
通常把运算器、控制器、存储器这三部分称为计算机的主机，而输入、输出设备则称为计算机的外部设备(简称外设)。
由于运算器、控制器是计算机处理信息的关键部件，所以常将它们合称为中央处理单元CPU(Central Process Unit)。
2(微处理器、微型计算机、微型计算机系统有什么联系与区别,微处理器是利用微电子技术将计算机的核心部件(运算器和控制器)集中做在一块集成电路上的一个独立芯片。