MCS-51 utasításkészlete 1/2 Vissza

A 8051-es mikrokontroller utasításkészlete 

A 8051-es mikrokontroller család továbbfejlesztett tagjai (pl. 8052/32, 80515/535, 80517/537, 80C552 stb.) felülről kompatibilisek a 8051/31 alaptípussal. Ez azt jelenti, hogy az alapegységek mindegyik változatban azonosak, az eltérések a bővített funkciókban találhatók. Utasításkészlete viszont a család minden tagjának azonos. Ebből fakad, hogy az alaptípus felépítésének, programozásának alapos ismerete a további változatok alkalmazására is - kevés bővítő ismeret megszerzése után - képessé teszi a felhasználót. 

A bit- és bájtszervezésű működés 

A 8051-es mikrokontroller utasításkészlete nagyon hasonlít a 8080 típusú mikroprocesszor utasításaihoz. Lényeges eltérés azonban, hogy a 8051-et elsősorban különböző vezérlési feladatokhoz fejlesztették ki. A mikrokontrollert olyan utasításokkal látták el, amelyekkel nagyon egyszerűen lehet bitműveleteket végezni. Ezt szolgálja a bitcímzés és a bitekre is értelmezett logikai műveletek (boole utasítások). A hagyományos mikroprocesszorokhoz hasonlítva még egy lényeges eltérésre kell felhívni a figyelmet. A mikroprocesszorok főleg bájt szervezésű számításokat végeznek. A vezérlési feladatoknál ritkábban van erre szükség. Többségében egyes kapcsolók állapotát kell lekérdezni, és reléket ki-, bekapcsolását vezérelni. Az ilyen jellegű működés bitszervezést igényel. Vissza

Futási idő 

Egy program futási idejének pontos meghatározásához ismerni kell azt, hogy az egyes utasítások feldolgozása hány gépi ciklus alatt történik. A 8051mikrokontroller utasításainak a végrehajtása - a MUL és DIV aritmetikai utasítások kivételével - egy-, vagy két gépi ciklus befejeződik. Az említett mindkét utasítás végrehajtásához négy gépi ciklus szükséges. Egy műveleti ciklus 12 oszcillátor-periódus hosszú. Az órajel frekvenciájának ismeretében a program végrehajtásához szükséges idő - a futási idő - a következők szerint számolható ki:

Az program összes utasításaihoz tartozó ciklusok összegét szorozni kell a quartz periódusidejének 12-szeresével .

A 8051 utasításai - a végrehajtási ciklusszám alapján - az alábbiak szerint oszlanak meg:

Címzési módok Vissza

A direkt címzésnél az utasítás része a megfelelő tároló-cella címe (hexadecimális szám). Az indirekt címzésnél a tároló-cella címét egy regiszterben vagy egy másik tároló-cellában van. Az utasítás ez utóbbiak címét tartalmazza.

Az indirekt címzés kissé nehézkesebb, mivel a programozónak először arról kell gondoskodnia, hogy a szükséges cím a megfelelő tároló-egységbe kerüljön. Ugyanakkor rugalmasabb programozást tesz lehetővé. Az indirekt címzés egy másik lehetősége az un. adatmutató, vagyis a Data-Pointer használata. Az adatmutatóba egy 16 bites szám írható, amely 64 Kbájt kapacitású adatmemória címzését teszi lehetővé. Az adott értékhez relatív címzés is megoldható.

A relatív címzés a strukturált programozást teszi könnyebbé. Sok esetben előnyös ez a módszer. 

Az aktuális bank R0 és R7 regiszterei címzésre is használhatóak. Segítségükkel a belső RAM egyes memória elemei - így az A,B a CY és DPTR is - közötti kommunikáció megvalósítható. Az utasításkód három legalacsonyabb helyiértékű bitje határozza meg az aktuális regisztert. 

A direkt címzésnél az utasítás része az elérendő memória címe. A cím az utasítás műveleti kódja utáni hexadecimális szám.

Mivel a verem-terület kisebb 256 bájtnál, akkor a PUSH és POP utasításoknál is indirekt a címzés. A címe itt a verem-mutatóban (SP) van. Ezen az alapon a verem-terület is a RAM tetszőleges területére helyezhető. A programozónak kell biztosítani a magasabb helyiértékű 8 címbit megfelelő beállítását. 

A közvetlen címzésnél az adat, amellyel műveletet akarunk végezni nem valamelyik RAM egyik cellájában, hanem az utasításban van. Ez azt jelenti, hogy az értéket - az utasítás részeként - a programmemóriába (ROM, vagy EPROM) kell beírni.

Például: a MOV A,#23H utasítás 23 hexadecimális értéket ír az akkumulátorba. A közvetlen címzést leggyakrabban a matematikai, vagy a fizikai képleteket megoldó programoknál használjuk. 

Az indirekt-regisztercímzésnél a tényleges fizikai címet két regiszter tartalmának az összege adja. A cím tehát egy bázis-, és egy eltolási (offset) címrészből áll. A bázis cím vagy az adatmutatóban (DPTR), vagy a programszámlálóban (PC) van. E címhez adja hozzá egy belső regiszter (pl. @A) tartalmát. 

A különböző utasításfajták 

Az adatátvíteli - az un. MOV - utasítások regiszter vagy RAM cella tartalmát viszi át másikba. A PUSH és POP utasítások is a MOV csoportba tartoznak.

Ez az utasítástípus három csoportra bontható. 

A MOV utasítások a címzett helyről az adatot átmásolják a cél helyre, de közben a forrás tartalmát nem változtatják meg. 

Ezeknél az utasításoknál az ACC-regiszter a célja, vagy a forrása az adatátvitelnek. Az akkumulátor önmaga lehet a cél is és a forrás is.

A 8051 mikrokontroller matematikai műveletei korlátozottak. Csupán 8 bites előjeles számokkal lehet műveleteket végezni. Az Overflow-flag (OV) segíti a felhasználót az előjeles számok összeadásánál és kivonásánál. A 8051 aritmetikai utasításai hasonlítanak a 8080 és a 8085 mikroprocesszorok azonos utasításaihoz. 

A B regisztert (az SFR-ben) kizárólag csak ezeknél az utasításoknál használja a kontroller.

A logikai utasítások formailag nagyon hasonlóak a mikroprocesszorok azonos jellegű utasításaihoz. E csoport viszont - az aritmetikai műveletekkel ellentétben - sokkal bővebb alkalmazási lehetőséget nyújt. A 8051-es mikrokontrollert elsődlegesen vezérlésekhez fejlesztették és ezért mind bitekkel, mind pedig bájtokkal tud logikai műveleteket végrehajtani. 

Az ANL, ORL műveletek egyes bitek között is alkalmazhatóak. A hagyományos diszkrét logikai hálózatok kiválthatók a 8051 bázisú rendszerrel (például a különböző tárolt programú vezérlések). 

A JUMP és a CALL utasítások megtörik a program tiszta sorrendi (lineáris) lefutását.

 A JUMP-ok (esetleg egy meghatározott feltételtől függően) a program meghatározott helyére történő ugrást vezérlik. A program végrehajtása e helyről fog folytatódni.

A CALL utasítás egy szubrutint hiv. A rutin feldolgozása egy RET utasításig tart. A RET hatására a főprogram - a CALL utasítást követő helyről - fut tovább. Ugyanaz a szubrutin a főprogram tetszőleges helyéről és többször is hívható. Elsődlegesen a különböző összetettebb matematikai műveletekhez használjuk a szubrutinokat.

A megszakítási elágazás, hasonlóan a CALL-hoz egy szubrutin hívását jelenti. Lényeges eltérés az hogy ezt az ugrást egy hardveresemény váltja ki. A szubrutin hívása a meg-szakítás után azonnal megtörténik. 

A feltétel nélküli ugrás, mint ahogyan a nevében is benne van, nem függvénye valamilyen eredménynek. Az ugrás minden esetben bekövetkezik, amikor a program egy ilyen utasításhoz ér. Szigorúan véve a RETURN utasítás is e csoportba tartozik. A CALL végrehajtása előtt a fő-program következő utasításának címe a verem-be íródik. Ezután a Verem-pointer értéke kétszer inkrementálódik (16 bites cím kerül be a verem-be). A RET utasítás hatására ez a cím visszaíródik a PC-be. Végül az SP tartalma kettővel csökken. 

AJMP/LJMP lényegében az ACALL és LCALL utasításokhoz hasonlóan használhatók.

Az előzőekkel ellentétben az ugrás csak akkor következik, ha meghatározott feltétel teljesül. A feltételes ugrás mindig relatív. Az éppen aktuális helytől számítottan 8 bites címtávolságon belül lehet a célhely. Ez azt jelenti, hogy a feltételes ugrásoknál az utasítás helyétől számítva -128, vagy +127 területen belül lehet a cél cím. 

A 8051 utasításai közül csak nagyon kevés változtatja a mikrokontroller flag-jeit.A táblázat foglalja össze, hogy az egyes flag-ekre melyik utasítás hat.Az X azt jelenti,hogy az adott flag-et az utasítás változtatja. A 0 ill. az 1 jelöli azt a konkrét értéket,amelyre a flag mindig beáll a művelet hatására.

A READ-MODIFY-WRITE utasítások egy port tartalmát kiolvassák, a kívánt értékre változtatják és azonnal visszaírják a port-latchbe. A READ-MODIFY-WRITE utasításokhoz mindig egy port címe tartozik.

 A lista első utasításainál azonnal belátható, hogy azok READ-MODIFY-WRITE utasítások. Az utolsó háromnál első látásra kétséges. Ezekre is érvényes, hogy először a port kiolvasása, az érték módosítása és a visszaírás követik egymást.

 Vissza