機器人的大腦-單片機（四）
單片機要正常運作，事先需編制程序，再把程序放入存貯器中，然後由CPU執行該程序。程序是由指令組成的，指令的基本組成是操作碼和操作數。單片機的品種很多，設計時怎樣表示操作碼和操作數，都有各自的規定，再有指令代碼也各不相同，因此，必須對所選單片機的全部指令，也就是所謂“指令系統”，有足夠的瞭解。各個系列的單片機雖然有不同的指令系統，但也有其共同性。掌握一種單片機的指令系統，對其它系列單片機可以起到觸類旁通的作用。MCS－51單片機應用廣泛，派生品種多，具有代表性，所以，這裏以MCS－51系列的指令系統爲例說明“指令”的組成和應用。
1、MOV A，＃20H
這條指令表示把20H這個數送入累加器A中（一個特殊功能寄存器）。
2、ADD A，70H
這條指令表示把累加器A中的內容（在上例中送入的＃20H）和存貯器中地址爲70H單元中的內容（也是一個數字），通過算術邏輯單元（英文縮寫爲ALU）相加，並將結果保留在A中。這裏MOV、ADD等稱爲操作碼，而A、＃20H、70H等均稱爲操作數。在彙編語言程序中，操作碼通常由英文單詞縮寫而成，這樣有助於記憶，所以又稱助記符。如MOV就是英文單詞MOVE的縮寫，含有搬移的意思；而ADD即爲英文單詞，其意爲相加。因此，對於略懂英語的用戶，掌握單片機指令的含意是較爲方便的。操作數有多種表示法，如以上的＃20H稱爲立即數 ，即20H就是真正的操作數。而70H是存貯器中某個單元的地址，在該單元中，放着操作數（比如說是3AH），ADD A，70H不是將70H和A中的內容相加，而是從存貯器70H單元中將3AH取出和A中的內容相加。由上可知，要找到實際操作數，有時就要轉個彎，甚至轉幾個彎，這個過程稱爲尋址，MCS－51共有7種尋址方式，現介紹如下：
一、立即尋址：操作數就寫在指令中，和操作碼一起放在程序存貯器中。把“＃”號放在立即數前面，以表示該尋址方式爲立即尋址，如＃20H。
二、寄存器尋址：操作數放在寄存器中，在指令中直接以寄存器的名字來表示操作數的地址。例如MOV A，R0就屬於寄存器尋址，即將R0寄存器的內容送到累加器A中。
三、直接尋址：操作數放在單片機的內部RAM某單元中，在指令中直接寫出該單元的地址。如前例的ADD A，70H中的70H。
四、寄存器間接尋址：操作數放在RAM某個單元中，該單元的地址又放在寄存器R0或R1中。
如果RAM的地址大於256，則該地址存放在16位寄存器DPTR（數據指針）中，此時在寄存器名前加@符號來表示這種間接尋址。如MOV A，@ R0。其它還有變址尋址、相對尋址、位尋址等，待以後再詳細介紹。可能有人會問，在指令中直接給出實際操作數，不是簡單、明瞭嗎？爲什麼還要用其它幾種尋址方式呢？這是因爲在編制程序時很難一下子就給出操作數。如用單片機控制溫度時，時時需要將給定的控制溫度（如20℃）減去環境溫度，而環境溫度時時有變化，顯然無法在程序指令中給出，只有通過一定方式，將其送入某個輸入/輸出口，再存放在某個寄存器中，這就必須用到寄存器尋址。又如要進行算術運算，要計算每班學員各科成績的平均值，如果把每個學員的各科都編一個程序，在程序中直接給出該學員各科成績，再求平均值，顯然太麻煩。這裏可以編一個求平均成績的通用程序，把每位學員的成績送入存貯器的各個單元中，這時可採取直接尋址，一個程序可供每個學員用，不是更方便嗎？所以，尋址方式越多，編制程序就越方便、靈活，適用範圍就越廣。尋址有如找人，如被找的人有手機、BP機、座機電話等多種聯繫方式則就容易找到他，單片機也是如此，尋址方式越多，找操作數越方便，單片機的功能就越強。前面介紹51系列單片機的尋址方式時，常遇到單片機內部的一些寄存器、累加器A、通用寄存器R0～R7、數據指針DPTR和存貯器等。在以後介紹指令時，數據就要在這些寄存器、存貯器之間傳送，或者進行運算。因此，編制程序就需熟悉單片機的內部結構。
8051單片機的內部總體結構其基本特性如下：
8位CPU、片內振盪器
4k字節ROM、128字節RAM
21個特殊功能寄存器
32根I/O線
可尋址的64k字節外部數據、程序存貯空間
2個16位定時器、計數器
中斷結構：具有二個優先級、五個中斷源
一個全雙口串行口
位尋址（即可尋找某位的內容）功能，適於按位進行邏輯運算的位處理器。除128字節RAM、4k字節ROM和中斷、串行口及定時器模塊外，還有4組I/O口P0～P3，餘下的就是CPU的全部組成。把4kROM換爲EPROM就是8751的結構，如去掉ROM/EPROM部分即爲8031的框圖，如果將ROM置換爲Flash存貯器或EEPROM，或再省去某些I/O，即可得到51系列的派生品種，如89C51、AT89C2051等單片機的框圖。
單片機各部分是通過內部的總線有機地連接起來的。