Система команд однокристального микропроцессора

Всякий МП представляет собой программно-управляемое устройство, которое способно выполнять определенный набор действий (операций), задаваемый соответствующим набором команд. При рассмотрении системы команд МП большую помощь может оказать так называемая программная модель, которая содержит все доступные программисту компоненты МП без указания внутренних связей между ними. Функции этих компонентов обеспечиваются соответствующими командами МП. На рисунке 23 изображена программная модель 8-разрядного ОМП КР580ВМ80. На ней представлен 8-разрядный накапливающий регистр (аккумулятор) А, содержимое которого в качестве источника или (и) приемника информации участвует в большинстве команд. Рядом с ним находится регистр признаков F, в соответствующих его разрядах показаны все используемые признаки. Размещение регистров А и F в программной модели рядом вызвано тем, что их содержимое (обозначаемое PSW) записывается в стек одной командой. Регистры общего назначения В, С, D, Е, Н, L могут быть использова-
ны отдельно либо парами, что определяет их расположение в програм-
мной модели. В стек записывается одной командой содержимое пары РОН. Указатель стека SP и счетчик команд PC всегда оперируют 16-разрядными числами. Триггер T_int предназначен для хранения запрета прерываний.

Каждая команда МП имеет определенную структуру (формат), в которой можно выделить часть (поле) кода операции (КОП) и поле операнда, определяющее числа (операнды), участвующие в операции в соответствии с КОП. Способ определения операнда на основе структу­ры команды называется режимом адресации. Использо­вание нескольких режимов адресации расширяет воз­можности при составлении программы. Наиболее широко применяются следующие способы адресации:

- неявная адресация, когда место расположения операнда подразумевается и его адрес отдельно ни в какой части команды не задается;

- прямая адреса­ция, предусматривающая запись в поле операнда адреса ячейки памяти с операндом;

- непосредственная адреса­ция, когда в поле операнда находится сам операнд;

- реги­стровая адресация, когда в поле операнда указывается номер РОН с операндом;

- косвенная адресация, преду­сматривающая запись в отдельных разрядах КОП номе­ров РОН, в которых находится адрес ячейки памяти с операндом.

Рисунок 23 – Программная модель 8-разрядного МП КР580ВМ80

Именно эти способы адресации применяют­ся в большинстве МП, причем в одной и той же команде может одновременно использоваться несколько способов. Например, в командах для обработки двух чисел один операнд может быть задан регистровой адресацией, а другой – непосредственной. Чаще всего один из опе­рандов подразумевается находящимся в аккумуляторе, туда же помещается и результат выполнения операции.

При обработке информации в МП каждая команда представляет собой двоичный код. Однако при подготов­ке программ пользователю обычно удобнее применять символические обозначения (мнемокоды) команд. Чаще всего в качестве мнемокодов используются сокращения от английских наименований соответствующих операций. Например, LDA – load direct accumulator (прямая за­грузка аккумулятора). Иногда мнемокоды представляют собой слова, определяющие суть выполняемых операций. Например, PUSH – затолкнуть, POP – вытолкнуть. В структуре команд в символическом виде могут приво­диться сведения об операндах и адресах, по которым расположены операнды (это могут быть регистры МП, регистровые пары, ячейки памяти М, 8- или 16-разрядные числа, 8- или 16-разрядные адреса).

В большинстве МП применяются команды длиной в 1…3 байт. Во всех командах раз­ряды КОП располагаются в первом байте.

Система команд микроконтроллера стандарта MCS-51 представлена в таблице 1.

Таблица 1 – Система команд микроконтроллера стандарта MCS-51

Мнемоника	Описание	Длина, байт	Кол-во пери-одов гене-ратора
Арифметические команды
ADD	A, Rn	Прибавляет регистр к Аккумулятору
ADD	A, direct	Прибавляет содержимое ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде, к Аккумулятору
ADD	A, @Ri	Прибавляет содержимое ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1, к Аккумулятору
ADD	A, #data	Прибавляет к Аккумулятору число #data
ADDC	A, Rn	Прибавляет регистр и флаг переноса к Аккумулятору
ADDC	A, direct	Прибавляет содержимое ячейки внутренней памяти данных, ад-рес которой задан в команде, и флаг переноса к Аккумулятору
ADDC	A, @Ri	Прибавляет содержимое ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1, и флаг переноса к Аккумулятору
ADDC	A, #data	Прибавляет к Аккумулятору число #data и флаг переноса

Продолжение таблицы 1

SUBB	A, Rn	Вычитает регистр из Аккумулятора
SUBB	A, direct	Вычитает содержимое ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде, из Аккумулятора
SUBB	A, @Ri	Вычитает содержимое ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1, из Аккумулятора
SUBB	A, #data	Вычитает число #data из Аккумулятора
INC	A	Инкрементирует Аккумулятор
INC	Rn	Инкрементирует регистр
INC	direct	Инкрементирует содержимое ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде
INC	@Ri	Инкрементирует содержимое ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1
DEC	A	Декрементирует Аккумулятор
DEC	Rn	Декрементирует регистр
DEC	direct	Декрементирует содержимое ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде
DEC	@Ri	Декрементирует содержимое ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1
INC	DPTR	Инкрементирует регистровую пару DPTR

Продолжение таблицы 1

MUL	AB	Перемножает Аккумулятор и регистр В
DIV	AB	Делит Аккумулятор на регистр В
DA	A	Выполняет десятичную коррек-цию Аккумулятора
Логические команды
ANL	A, Rn	Выполняет логическое И Аккумулятора и регистра
ANL	A, direct	Выполняет логическое И Акку-мулятора и содержимого ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде
ANL	A, @Ri	Выполняет логическое И Аккумулятора и содержимого ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1
ANL	A, #data	Выполняет логическое И Аккумулятора и числа #data
ANL	direct, A	Выполняет логическое И содержимого ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде, и Аккумулятора
ANL	direct, #data	Выполняет логическое И содержимого ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде, и числа #data
ORL	A, Rn	Выполняет логическое ИЛИ Аккумулятора и регистра

Продолжение таблицы 1

ORL	A, direct	Выполняет логическое ИЛИ Аккумулятора и содержимого ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде
ORL	A, @Ri	Выполняет логическое ИЛИ Аккумулятора и содержимого ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1
ORL	A, #data	Выполняет логическое ИЛИ Аккумулятора и числа #data
ORL	direct, A	Выполняет логическое ИЛИ содержимого ячейки внутрен-ней памяти данных, адрес которой задан в команде, и Аккумулятора
ORL	direct, #data	Выполняет логическое ИЛИ содержимого ячейки внутрен-ней памяти данных, адрес которой задан в команде, и числа #data
XRL	A, Rn	Выполняет логическое ИСК-ЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ Акку-мулятора и регистра
XRL	A, direct	Выполняет логическое ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ Акку-мулятора и содержимого ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде

Продолжение таблицы 1

XRL	A, @Ri	Выполняет логическое ИСК-ЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ Аккуму-лятора и содержимого ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1
XRL	A, #data	Выполняет логическое ИСК-ЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ Аккуму-лятора и числа #data
XRL	direct, A	Выполняет логическое ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ содер-жимого ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде, и Аккуму-лятора
XRL	direct, #data	Выполняет логическое ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ содер-жимого ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде, и числа #data
CLR	A	Обнуляет Аккумулятор
CPL	A	Комплементирует Аккумулятор
RL	A	Ротирует Аккумулятор влево
RLC	A	Ротирует Аккумулятор влево с использованием флага переноса
RR	A	Ротирует Аккумулятор вправо
RRC	A	Ротирует Аккумулятор вправо с использованием флага переноса
SWAP	A	Обменивает полубайты в Аккумуляторе

Продолжение таблицы 1

Команды пересылки
MOV	A, Rn	Пересылает регистр в Аккумулятор
MOV	A, direct	Пересылает содержимое ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде, в Акку-мулятор
MOV	A, @Ri	Пересылает содержимое ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1, в Аккумулятор
MOV	A, #data	Пересылает данные #data в Аккумулятор
MOV	Rn, A	Пересылает Аккумулятор в регистр
MOV	Rn, direct	Пересылает содержимое ячейки внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде, в регистр
MOV	Rn, #data	Пересылает данные #data в регистр
MOV	direct, A	Пересылает Аккумулятор в ячейку внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде
MOV	direct, Rn	Пересылает регистр в ячейку внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде
MOV	direct, direct	Пересылает ячейку внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде, в ячейку внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде

Продолжение таблицы 1

MOV	direct, @Ri	Пересылает ячейку внутрен-ней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1, в ячейку внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде
MOV	direct, #data	Пересылает данные #data в ячейку внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде
MOV	@Ri, A	Пересылает Аккумулятор в ячейку внутренней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1
MOV	@Ri, direct	Пересылает ячейку внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде в ячейку внутренней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1
MOV	@Ri, #data	Пересылает данные #data в ячейку внутренней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1
MOV	DPTR, #data16	Загружает регистровую пару DPTR числом #data 16
MOVC	A, @A+DPTR	Загружает Аккумулятор со-держимым ячейки памяти программ, адрес которой вычисляется как сумма содержимого регистровой пары DPTR и Аккумулятора
MOVC	A, @A+PC	Загружает Аккумулятор содержимым ячейки памяти программ, адрес которой вычисляется как сумма содержимого счётчика команд PC и Аккумулятора

Продолжение таблицы 1

MOVX	A, @Ri	Загружает Аккумулятор содержимым ячейки внеш-ней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1
MOVX	A, @DPTR	Загружает Аккумулятор содержимым ячейки внеш-ней памяти данных, адрес которой задан в регис-тровой паре DPTR
MOVX	@Ri, A	Загружает ячейку внешней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1, Аккумулятором
MOVX	@DPTR, A	Загружает Аккумулятором ячейку внешней памяти данных, адрес которой задан в регистровой паре DPTR
PUSH	direct	Записывает ячейку внут-ренней памяти данных, адрес которой задан в команде, в стек
POP	direct	Считывает в ячейку внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде, из стека
XCH	A, Rn	Обменивает содержимое Аккумулятора и регистра
XCH	A, direct	Обменивает содержимое Аккумулятора и ячейки внутренней памяти дан-ных, адрес которой задан в команде

Продолжение таблицы 1

XCH	A, direct	Обменивает содержимое Аккумулятора и ячейки внутренней памяти дан-ных, адрес которой задан в команде
XCH	A, @Ri	Обменивает содержимое Аккумулятора и ячейки внутренней памяти дан-ных, адрес которой задан в регистре R0 или R1
XCHD	A, @Ri	Обменивает содержимое 4-х младших бит Аккуму-лятора и ячейки внутрен-ней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1
Команды работы с битами
CLR	C	Сбрасывает в 0 флаг переноса
CLR	bit	Сбрасывает в 0 бит
SETB	C	Устанавливает в 1 флаг переноса
SETB	bit	Устанавливает в 1 бит
CPL	C	Инвертирует флаг переноса
CPL	bit	Инвертирует бит
ANL	C, bit	Логическое И флага переноса и бита
ANL	C, /bit	Логическое И флага переноса и инверсии бита
ORL	C, bit	Логическое ИЛИ флага переноса и бита
ORL	C, /bit	Логическое ИЛИ флага переноса и инверсии бита
MOV	C, bit	Загрузить флаг переноса из бита

Продолжение таблицы 1

MOV	bit, C	Загрузить бит из флага переноса
Команды ветвления
JC	rel	Переход, если флаг переноса равен 1
JNC	rel	Переход, если флаг переноса равен 0
JB	bit, rel	Переход, если бит равен 1
JNB	bit, rel	Переход, если бит равен 0
JBC	bit, rel	Переход, если бит равен 1 и сброс бита в 0
ACALL	addr11	Вызов подпрограммы по абсолютному адресу
LCALL	addr16	Вызов подпрограммы по длинному абсолютному адресу
RET		Возврат из подпрограммы
RETI		Возврат из прерывания
AJMP	addr11	Безусловный переход по абсолютному адресу
LJMP	addr16	Безусловный переход по длинному абсолютному адресу
SJMP	rel	Безусловный переход по относительному адресу
JMP	@A+DPTR	Безусловный переход по адресу, равному сумме содержимого DPTR и Аккумулятора
JZ	rel	Переход, если Аккуму-лятор равен 0
JNZ	rel	Переход, если Аккуму-лятор не равен 0

Продолжение таблицы 1

CJNE	A, direct, rel	Сравнивает Аккумулятор и ячейку внутренней памяти данных, адрес которой задан в команде, и переходит по относительному адресу, если они не равны
CJNE	A, #data, rel	Сравнивает Аккумулятор и данные #data и переходит по относительному адресу, если они не равны
CJNE	Rn, #data, rel	Сравнивает регистр и дан-ные #data и переходит по относительному адресу, если они не равны
CJNE	@Ri, #data, rel	Сравнивает ячейку внут-ренней памяти данных, адрес которой задан в регистре R0 или R1, и данные #data и переходит по относительному адресу, если они не равны
DJNZ	Rn, rel	Декрементирует регистр и переходит по относитель-ному адресу, если регистр не равен 0
DJNZ	direct, rel	Декрементирует ячейку внутренней памяти дан-ных, адрес которой задан в команде, и переходит по относительному адресу, если она не равна 0
NOP		Нет операции

В системе команд обычно выделяется пять групп команд: пересылка кодов; выполнение арифметических операций; выполнение логических операций; передача управления; команды ввода-вывода и специальные.

Команды пересылки кодов предусматривают передачу 8-разрядного кода из регистра в регистр, из регистра в ячейку памяти и обратно, загрузку содержимого второго байта команды в регистр или ячейку памяти. В ряде команд обеспечивается передача 16-разрядного кода из двух ячеек памяти в регистровую пару и обратно, в том числе с использованием области памяти, отведенной под стек. Предусмотрены загрузка регистровой пары содер­жимым второго и третьего байтов команды и обмен данными между регистровыми парами, а также регистровой парой и ячейками стековой памяти.

Команды выполнения арифметических операций обес­печивают сложение и вычитание 8-разрядных чисел, одно из которых находится в аккумуляторе, с помещением результата в аккумулятор. Второе число, участвующее в этих операциях, может задаваться различными режима­ми адресации (регистровой, косвенной, непосредствен­ной). При выполнении некоторых команд сложения и вычитания предусмотрена возможность учета переноса C, что позволяет организовать обработку многобайтовых чисел отдельными частями. Все команды сложения и вы­читания 8-разрядных чисел формируют полный набор признаков результата.

Имеется возможность выполнения сложения 16-раз­рядных чисел с использованием регистровых пар. В этом случае результат фиксируется в регистровой паре и формируется только признак переноса C. Ряд команд позволяет изменить на единицу в сторону увеличения или уменьшения содержимое регистра, регистровой пары, ячейки памяти М. В результате выполнения этих команд признаков переноса не формируется, а остальные при­знаки формируются только в операциях с 8-разрядными числами. В этой группе команд особое место занимает команда десятичной коррекции, предусматривающая преобразование содержимого аккумулятора. В связи с тем, что это преобразование основано на выполнении арифметических операций над содержимым полубайтов аккумулятора, то команда отнесена к данной группе.

Команды выполнения логических операций преду­сматривают реализацию наиболее распространенных ло­гических операций над двумя 8-разрядными кодами, один из которых расположен в аккумуляторе, другой задается различными режимами адресации с помещением результата в аккумулятор. Среди этих операций – логическое умножение, логическое сложение, сложение по модулю 2. Имеется команда инвертирования содержимого аккумулятора без формирования признаков результата. В эту же группу команд отнесены команды инвертирования признака переноса и запись в качестве этого признака единич-ного значения, а также команды поразрядного сдвига содержимого аккумулятора влево и вправо на один разряд (с двумя вариантами формиро­вания признака переноса C).

Группа команд передачи управления обеспечивает возможность изменения порядка выполнения команд в программе. Среди них команда JMP addr передает управление по адресу, задаваемому вторым и третьим байтами команды. Команда вызова подпрограммы CALL addr также передает управление по адресу, заданному вторым и третьим байтами, но с одновременной записью в стековую память текущего значения PC, что дает воз­можность возвратиться к прерванной программе. Этот возврат может быть произведен с помощью команды RET, восстанавливающей содержимое PC считыванием его из стековой памяти. Имеются команды, которые выполняют передачу управ­ления, вызов подпрограммы или возврат из нее только в случае выполнения условия (cond), задаваемого соот­ветствующим признаком.

В последней группе команд имеются две команды, обеспечивающие ввод-вывод информации через аккуму­лятор. Второй байт этих команд позволяет адресовать до 256 (или более) устройств ввода и столько же устройств вывода. В этой группе имеется также несколько специальных команд. Команды, управляющие состоянием триггера T_int, обеспечивают программное разрешение или запрет режима прерывания. Команда NOP не задает выполнение операции, она позволяет перейти к очередной команде с задержкой на несколько тактов. Данная группа команд также не влияет на признаки.

Дата добавления: 2015-08-10