51单片机的数制和指令系统的讲解及制作一个单片机最小系统的概述

在讲指令系统前我们先来复习一下数制的概念。

1.十进制（Decimal）

基数是10，它有10个数字符号，即0，l，2，3，4，5，6，7，8，9。其中最大数码是基数减1，即9，最小数码是0。

2.二进制（Binary）

基数是2，它只有两个数字符号，即0和1。这就是说，如果在给定的数中，除0和1外还有其它数，例如 1012，它就决不会是一个二进制数。

3、十六进制（Hexadecilnal）

基数是16，它有16个数字符号，除了十进制中的10个数可用外，还使用了6个英文字母。它的16个数字依次是0，l，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F。其中A至F分别代表十进制数的10至15，最大的数字也是基数减1。

4、二进制数与十六进制数的相互转换。

（1）、二进制转换为十六进制：

整数部分，从低位开始，小数部分，从高位开始，每四位一组（不够四位的补0），转换为对应的十六进制数。

例：（1 0001 0011.1100 0111）2=（113.C7）H

（2）、十六进制转换为二进制：

将十六进制数的每一位分别转换为对应的四位二进制数。

例：（3E9D）H=（11 1110 1001 1101）B

例：（ 2ABE）H= 0010 1010 1011 1110B

以后我们在单片机编程方面采用十六进制，这个请大家注意了！

MCS-51系列单片机的指令系统共有111条指令，其中49条是单字节指令，45条是双字节指令，17条是三字节指令。

MCS-51的指令系统共有33个功能，用汇编编程时只需要42个助记符就能指明这33个功能操作。

1、 指令格式：MCS-51汇编语言指令格式与其他微机的指令格式一样，均由以下几部分组成：［标号：］操作码 ［操作数］［，操作数］［；注释］

标号：又称为指令地址符号，地址的符号化，一般由1到6个字符组成，以字母开头的字母数字串，与操作码之间用冒号分开。

操作码：是由助记符表示的字符串，它规定了指令的操作功能。

操作数：是指参加操作的数据和数据的地址。

注释：是为该条指令作说明，以便于阅读。

注意：［ ］中表示为可选项。操作数可以为1、2、3个，也可以没有。

不同功能的指令，操作数作用不同，如：传送指令多数有两个操作数，写在左面的是目的操作数（表示操作结果存放的单元地址），写在右面的称为源操作数（指出操作数的来源）。操作码和操作数之间必须用空格分隔，操作数与操作数之间必须用逗号“，”分隔。带方括号项可有可无，称为可选项。操作码是指令的核心不可缺少。

2、 指令分类

MCS-51的111条指令分为下面5类：

（1） 数据传送类指令29条，分为片内RAM，片外RAM、程序存储器的传送指令，交换及堆栈操作指令。

（2） 算术运算类24条，分为加，带进位加，减，乘，除，加1，减1指令。

（3） 逻辑运算类24条，分为逻辑与、或、异或、移位指令。

（4） 控制程序转移类17条，分为无条件转移与调用，条件转移，空操作指令。

（5） 布尔变量操作类17条，分为数据传送、位与、位或，位转移指令。

3. 指令代码：

（1） 数据传送类

MOV 传送数据

指令格式：MOV A，#DATA;将立即数DATA送到累加器A中。

例：

MOV P1，#11111110B；把立即数11111110B传送到P1口。

MOVX 片外数据存储器传送数据

指令格式：MOVX A，@DPTR；将DPTR指向的地址单元中的内容传送至A中。

例：MOV DPTR，#1000H；将地址1000H传送到数据指针DPTR中。

MOVX A，@DPTR；将DPTR指向的地址单元（1110H）中的内容传送至A中。

MOVC 程序存储器传送数据

指令格式： MOVC A，@A+DPTR；

例：MOV A，#00H

MOV DPTR，#1000H；将地址1000H传送到数据指针DPTR中。

MOVC A，@A+DPTR；把累加器A的值和DPTR的值相加得到值作为地址，把这个程序存储器的地址单元中的内容传送到A中。

（2） 算术运算指令

ADD 不带进位的加法类指令

指令格式：ADD A，#DATA；把立即数DATA和累加器A的内容相加得到的值存放到累加器A中。A+DATA→A

例：

SETB C;让累加器C置1

MOV A，#01H;A=01H

ADD A，#01H;A=02H

ADDC 带进位的加法类指令

指令格式：ADDC A，#DATA；把立即数DATA和累加器A的内容相加，再加上进位标志C得到的值存放到累加器A中。A+DATA+C→A

例：

SETB C; 把累加器C置1

MOV A，#01H ; A=01H

ADDC A，#01H; A+DATA+C→A ，A=03H

SUBB带借位的减法类指令

指令格式：SUBB A，#DATA；把累加器A的内容减去立即数DATA再减去进位标志C得到的值存放到累加器A中。A-DATA-C→A

例：

SETB C; 让累加器C置1

MOV A，#03H; A=03H

SUBB A，#01H; A=01H

INC加一指令

指令格式：INC A ；把A的内容加1再存储到A中。

例：

MOV A，#01H；A=01H

INC A ；A=02H

DEC 减1指令

指令格式：DEC A ；把A的内容减1再存储到A中。

例：

MOV A，#03H ；A=03H

DEC A ；A=02H

（3） 逻辑运算指令

CLR 清零指令

指令格式：CLR A ；把A的内容清零再存储到A中，A=00H。

MOV A，#00000001B；A=00000001B

CLR A ；A=00000000B

CPL 按位取反

指令格式：CPL A ；把A的内容按位取反后再存储到A中。

例：

MOV A，#00000001B；A=00000001B

CPL A ；A=11111110B

ANL 按位取与

指令格式：ANL A ；把A的内容按位取与后再存储到A中。

例：

MOV A，#01000001B ； A=00000001B

ANL A，#01001111B ； A=01000001B

ORL 按位取或

指令格式：ORL A ；把A的内容按位取或后再存储到A中。

例：

MOV A，#00000001B ；A=00000001B

ORL A，#10001111B ；A=10001111B

XRL 按位取异或，相同为0，不同为1。

指令格式：XRL A ；把A的内容按位取异或后再存储到A中。

例：

MOV A，#00000001B；A=00000001B

XRL A，#00001111B ；A=00001110B

RL左移位指令

指令格式：RL A ；把A的内容按位左移后再存储到A中。

例：

MOV A，#00000001B；A=00000001B

RL A ；A=00000010B

RL A ；A=00000100B

RL A；A=00001000B

RR右移位指令

指令格式：RR A ；把A的内容按位右移后再存储到A中。

例：

MOV A，#00000001B ；A=10000000B

RR A ；A=01000000B

RR A ；A=00100000B

RR A ；A=00010000B

（4） 位操作指令

SETB 置1指令，只能对位操作，不可以对字节操作。

指令格式：SETB BIT ；对位BIT置1。

例：

SETB P1.0 ；P1.0=1

CLR 清零指令，可对位操作，也可对字节操作。

指令格式：CLR BIT ；对位BIT置0。

SETB C

MOV A，#11110000B

CLR C

CLR A

CPL 取反，可对位操作，也可对字节操作。

指令格式：CPL BIT ；对位BIT取反。

SETB C

MOV A，#11110000B

CPL C

CPL A

（5） 控制及转移指令

LJMP 长跳转指令

指令格式： LJMP 标号；程序将跳转到标号处执行。

LCALL长调用子程序指令，常与RET配合使用。

指令格式： LCALL 标号；调用为标号的子程序去执行。

RET子程序返回指令。

DJNZ 条件转移类指令（自减一指令）

指令格式： LOOP：DJNZ R7，LOOP

执行分两步：

（1） 将R7的内容减一后再送到R7中。

（2） 判断R7是不是等于0

如果是等于0，顺序执行下面的程序。

如果不等于0，跳转到标号为LOOP的地方去执行。

例：

MOV R7，#3；送循环次数。

CLR A；对A清零。

LOOP：INC A；对A加1。

DJNZ R7，LOOP；先让R7自减1，后判断是否等于0。

；不等于0跳转，等于零往下执行。

END

运行上面的程序后累加器A的值是多少？

答案：A=03H

学完了指令系统现在我们来实战一下，一个单片机最小系统的制作

单片机最小系统制作

一、确定任务

开发单片机最小系统

二、任务分析：

该系统具有的功能：

（1）具有2位LED数码管显示功能。

（2）具有八路发光二极管显示各种流水灯。

（3）可以完成各种奏乐，报警等发声音类实验。

（4）具有复位功能。

三、功能分析

（1）两位LED数码管显示功能，我们可以利用单片机的P0口接两个数码管来现这个功能；

（2）八路发光二极管显示可以利用P1口接八个发光二极管实现这个功能；

（3）各种奏乐、报警等发声功能可以采用P2.0这个引脚接一蜂鸣器来实现。

（4）利用单片机的第9脚可以设计成复位系统，我们采用按键复位；利用单片机的18、19脚可以设计成时钟电路，我们利用单片机的内部振荡方式设计的。

四、设计框图

五、硬件电路设计

根据本系统的功能，和单片机的工作条件，我们设计出下面的电路图。

六、元件清单的确定：

数码管：共阴极2只（分立）

电解电容：10UF的一只

30PF的电容2只

220欧的电阻9只

4.7K的电阻一只

1.2K的电阻一只

4.7K的排阻一只，

12MHZ的晶振一只

有源5V蜂名器一只

AT89S51单片机一片

常开按钮开关1只

紧锁座一只（方便芯取下来的，绿色的）

发光二极管（5MM红色）8只

万能板电路版15*17CM

S8550三极管一只

4．5V电池盒一只，导线若干。

七、硬件电路的焊接

按照原理图把上面的元件焊接好，详细步骤省略。

八、相关程序编写

针对上面的电路原理图，设计出本系统的详细功能：

（1）、第一个发光二极管点亮，同时数码管显示“1”。

（2）、第二个发光二极管点亮，同时数码管显示“2”。

（3）、依次类推到第八个发光二极管点亮，同时数码管显示“8”。

以上出现的是流水灯的效果

（4）、所有的发光二极管灭了，同时数码管现实“0”。

（5）、数码管显示“1”。

（6）、数码管显示“2、……”直到“9、A、B、C、D、E、F、Y”。

（7）、蜂鸣器发出九声报警声后重复上面所有步骤。

（8）程序如下：

ORG 0000H；伪指令，定义下面的程序代码（机器代码）从地址为0000H的单元存放。

LJMP START；跳转到标号为START的地方去执行。

ORG 0030H；伪指令，定义下面的程序代码（机器代码）从地址为0030H的单元存放。

START:MOV P1，#0FEH ；点亮第一个发光二极管。

CLR P2.7 ；送低电平到第一个数码管，开启数码管。

CLR P2.6 ；送低电平到第二个数码管，开启数码管。

MOV P0，#06H；让数码管显示“1” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P1，#0FDH；点亮第二个发光二极管。

MOV P0，#5bH；让数码管显示“2” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P1，#0FBH；点亮第三个发光二极管。

MOV P0，#4fH；让数码管显示“3” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P1，#0F7H；点亮第四个发光二极管。

MOV P0，#66H；让数码管显示“4” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P1，#0EFH；点亮第五个发光二极管。

MOV P0，#6dH；让数码管显示“5” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P1，#0DFH；点亮第六个发光二极管。

MOV P0，#7dH；让数码管显示“6” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P1，#0BFH；点亮第七个发光二极管。

MOV P0，#07H；让数码管显示“7” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P1，#7FH；点亮第八个发光二极管。

MOV P0，#7fH；让数码管显示“8” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P1，#00H；灭了所有的发光二极管。

MOV P0，#3FH；让数码管显示“0” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#06H；让数码管显示“1” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#5bH；让数码管显示“2” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#4fH；让数码管显示“3” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#66H；让数码管显示“4” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#6dH；让数码管显示“5” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#7dH；让数码管显示“6” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#07H；让数码管显示“7” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#7fH；让数码管显示“8” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#6fH；让数码管显示“9” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#7fH；让数码管显示“A” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#7fH；让数码管显示“b” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#7fH；让数码管显示“C” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#7fH；让数码管显示“d” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#7fH；让数码管显示“E” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#7fH；让数码管显示“F” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV P0，#7fH；让数码管显示“Y” 。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

MOV R4，#9；送蜂鸣器的报警次数。

LOOP:SETB P2.0；不发声

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

CLR P2.0；发声。

LCALL DELAY；调用延时子程序，起到延时的目的。

DJNZ R4，LOOP；发声九次后向下执行。

SETB P2.0；关闭发声

LJMP START；跳转到标号为START处执行，循环本程序。

DELAY：MOV R7，#200；这是延时子程序。

D1：MOV R6，#200

D2：MOV R5，#200

D3：DJNZ R5，D3

DJNZ R6，D2

DJNZ R7，D1

RET；延时子程序返回指令。

END；结束伪指令。

九、利用KEIL C51 软件对上面的程序进行调试和编译，产生*.HEX文件，以便用编程器写入单片机芯片中。

十、编程器的使用：用编程器把电脑里生成的*.HEX文件写到芯片中。

十一、产品调试：通上4.5V（三节电池）的电源，可以调试本系统，如果没有错误就可以正常工作了。