mcs51单片机指令系统.docx
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mcs51单片机指令系统
第3章MCS-51单片机指令系统
3.1寻址方式
1.单字节指令
单字节指令格式由8位二进制编码表示,例如:
CLRA→E4H
2.双字节指令
双字节指令格式由两个字节组成,操作码和操作数,例如:
MOVA,＃10H→74H10H
3.三字节指令
三字节指令格式中,第一个字节为操作码,后两个字节为操作数,例如:
MOV40H,＃30H→75H40H30H
一条汇编语言指令中最多包含4个区段,如下所示:
［标号:
］操作码［操作数］［;注释］
分开:
标号与操作码4个区段之间要用分隔符之间用“:
”隔开,操作码与操作数之间用空格隔开,操作数与注释之间用“;”隔开,如果操作数有两个以上,则在操作数之间要用逗号“,”隔开）。
（乘法指令和除法指令除外
所谓寻址方式,就是寻找操作数地址的方式,在用汇编语言编程时,数据的存放、传送、运算都要通过指令来完成。
编程者必须自始至终都要十分清楚操作数的位置,以及如何将它们传送到适当的寄存器去参与运算。
每一种计算机都具有多种寻址方式。
寻址方式的多少是反映指令系统优劣的主要指标之一。
在MCS-51单片机指令系统中,有以下7种寻址方式:
（1）立即寻址;
（2）直接寻址;
（3）寄存器寻址;
（4）寄存器间接寻址;
（5）基址寄存器加变址寄存器间接寻址;
（6）相对寻址;
（7）位寻址。
1.立即寻址
立即寻址方式是指操作数包含在指令字节中。
跟在指令操作码后面的数就是参加运算的数,该操作数称为立即数。
立即数有一字节和二字节两种可能,例如指令:
MOVA,＃3AH
MOVDPTR,＃0DFFFH
上述两条指令均为立即寻址方式,第一条指令的功能是将立即数3AH送累加器A中,第二条指令的功能是将立即数0DFFFH送数据指针DPTR中（0DFH→DPH,0FFH→DPL）。
2.直接寻址
在指令中直接给出操作数的地址,这种寻址方式就属于直接寻址方式。
在这种方式中,指令的操作数部分直接是操作数的地址。
在MCS-51单片机指令系统中,直接寻址方式中可以访问3种存储器空间:
（1）内部数据存储器的低128个字节单元（00H～7FH）。
（2）特殊功能寄存器。
特殊功能寄存器只能用直接寻址方式进行访问。
（3）位地址空间。
3.寄存器寻址
在该寻址方式中,参加操作的数存放在寄存器里。
寄存器包括8个工作寄存器R0～R7,累加器A,寄存器B、数据指针DPTR和布尔处理器的位累加器C。
4.寄存器间接寻址
在这种寻址方式中,寄存器的内容为操作数的地址。
寄存器间接寻址只能使用寄存器R0、R1作为地址指针,寻址内部RAM区的数据;当访问外部RAM时,可使用R0、R1及DPTR作为地址指针。
寄存器间接寻址符号为“@”,例如:
5.基址寄存器加变址寄存器间接寻址
这种寻址方式用于访问程序存储器中的数据表格,它以基址寄存器DPTR或PC的内容为基本地址,加上变址寄存器A的内容作为操作数的地址,例如:
MOVCA,@DPTR+A
JMP@A+DPTR
MOVCA,@PC+A
6.相对寻址
在MCS-51指令系统中设有转移指令,分为直接转移和相对转移指令,在相对转移指令中采用相对寻址方式。
这种寻址方式是以PC的内容为基本地址,加上指令中给定的偏移量作为转移地址。
指令中给出的偏移量是一个8位带符号的常数,可正可负,其范围为－128～+127。
7.位寻址
该种寻址方式中,操作数是内部RAM单元中某一位的信息。
3.2指令系统
3.2.1指令分类
按指令的功能,MCS-51指令系统可分为下列5类:
（1）数据传送;
（2）算术运算;
（3）逻辑运算;
（4）位操作;
（5）控制转移。
Rn——当前选定的寄存器区中的8个工作寄存器R0～R7,即n=0～7。
Ri——当前选定的寄存器区中的2个寄存器R0、R1,i=0、1。
direct——8位内部RAM单元的地址,它可以是一个内部数据区RAM单元（00H～7FH）或特殊功能寄存器地址（I/O端口、控制寄存器、状态寄存器80H～0FFH）。
＃data——指令中的8位常数。
＃data16——指令中的16位常数。
addr16——16位的目的地址,用于LJMP#,LCALL指令,可指向64KB程序存储器地址空间。
addr11——11位的目的地址,用于AJMP,ACALL指令。
目的地址必须与下一条指令的第一个字节在同一个2KB程序存储器地址空间之内。
rel——8位带符号的偏移量字节,用于SJMP和所有条件转移指令中。
偏移量相对于下一条指令的第一个字节计算,在－128～+127范围内取值。
bit——内部数据RAM或特殊功能寄存器中的可直接寻址位。
DPTR——数据指针,可用作16位的地址寄存器。
A——累加器。
B——寄存器,用于MUL和DIV指令中。
C——进位标志或进位位。
@——间接寻址寄存器或基址寄存器的前缀,如@Ri,@DPTR。
/——位操作数的前缀,表示对该位取反。
（X）——X中的内容。
（（X））——由X寻址的单元中的内容。
←——箭头左边的内容被箭头右边的内容所代替。
3.2.2数据传送类指令
图3–1MCS-51传送指令示意图
表3.1数据传送类指令一览表
1.数据传送到累加器A的指令
MOVA,R0
MOVA,direct
MOVA,@Ri
MOVA,＃data
这组指令的功能是：
把源操作数的内容送入累加器A。
例如:
MOVA,＃10H,该指令执行时将立即数10H送入累加器A中。
2.数据传送到工作寄存器Rn的指令
MOVRn,A
MOVRn,direct
MOVRn,＃data
这组指令的功能是:
把源操作数的内容送入当前工作寄存器区的R0～R7中的某一个寄存器。
指令中Rn在内部数据存储器中的地址由当前的工作寄存器区选择位RS1、RS0确定,可以是00H～07H、08H～0FH、10H～17H、18H～1FH。
例如:
MOVR0,A,若当前RS1、RS0设置为00（即工作寄存器0区）,执行该指令时，将累加器A中的数据传送至工作寄存器R0（内部RAM00H）单元中。
3.数据传送到内部RAM单元或特殊功能寄存器SFR的指令
MOVdirect,A
MOVdirect,Rn
MOVdirect,direct
MOVdirect,@Ri
MOVdirect,＃data
MOV@Ri,A
MOV@Ri,direct
MOV@Ri,＃data
MOVDPTR,＃data16
这组指令的功能是：
把源操作数的内容送入内部RAM单元或特殊功能寄存器。
其中第三条指令和最后一条指令都是三字节指令。
第三条指令的功能很强,能实现内部RAM之间、特殊功能寄存器之间或特殊功能寄存器与内部RAM之间的直接数据传送。
最后一条指令是将16位的立即数送入数据指针寄存器DPTR。
4.累加器A与外部数据存储器之间的传送指令
MOVXA,@DPTR
MOVXA,@Ri
MOVX@DPTR,A
MOVX@Ri,A
这组指令是：
在累加器A与外部数据存储器RAM单元或I/O口之间进行数据传送,前两条指令执行时,P3.7引脚上输出RD有效信号,用作外部数据存储器的读选通信号;后两条指令执行时,P3.6引脚上输出WR有效信号,用作外部数据存储器的写选通信号。
DPTR所包含的16位地址信息由P0（低8位）和P2（高8位）输出,而数据信息由P0口传送,P0口作分时复用的总线。
由Ri作为间接寻址寄存器时,P0口上分时输出Ri指定的8位地址信息及传输8位数据。
5.堆栈操作指令
PUSHdirect
POPdirect
在MCS-51单片机的内部RAM中,可以设定一个先进后出的区域,称其为堆栈。
在特殊功能寄存器中有一个堆栈指针SP,它指出栈顶的位置。
进栈指令的功能是:
首先将堆栈指针SP的内容加1,然后将直接地址所指出的内容送入SP指出的内部RAM单元;出栈指令的功能是:
将SP所指出的内部RAM单元的内容送入由直接地址所指出的字节单元,接着将堆栈指针SP的内容减1。
例如:
进入中断服务子程序时,把程序状态寄存器PSW、累加器A、数据指针DPTR进栈保护。
设当前SP为60H。
则程序段
PUSHPSW
PUSHACC
PUSHDPL
PUSHDPH
执行后,SP内容修改为64H,而61H、62H、63H、64H单元中依次栈入PSW、A、DPL、DPH的内容。
当中断服务程序结束之前,如下程序段（SP保持64H不变）
POPDPH
POPDPL
POPACC
POPPSW
执行之后,SP内容修改为60H,而64H、63H、62H、61H单元中的内容依次弹出到DPH、DPL、A、PSW中。
MCS-51提供一个向上升的堆栈,因此SP设置初值时要充分考虑堆栈的深度,要留出适当的单元空间,满足堆栈的使用。
6.程序存储器内容送累加器
MOVCA,@A+PC
MOVCA,@A+DPTR
这是两条很有用的查表指令,可用来查找存放在外部程序存储器中的常数表格。
第一条指令是以PC作为基址寄存器,A的内容作为无符号数和PC的内容（下一条指令的起始地址）相加后得到一个16位的地址,并将该地址指出的程序存储器单元的内容送到累加器A。
这条指令的优点是不改变特殊功能寄存器和PC的状态,只要根据A的内容就可以取出表格中的常数。
缺点是表格只能放在该条查表指令后面的256个单元之中,表格的大小受到限制,而且表格只能被一段程序所利用。
第二条指令是以DPTR作为基址寄存器,累加器A的内容作为无符号数与DPTR内容相加,得到一个16位的地址,并把该地址指出的程序存储器单元的内容送到累加器A。
这条指令的执行结果只与指针DPTR及累加器A的内容有关,与该指令存放的地址无关,因此,表格的大小和位置可以在64KB程序存储器中任意安排,并且一个表格可以为各个程序块所共用。
7.字节交换指令
XCHA,Rn
XCHA,@Ri
XCHA,direct
XCHDA,@Ri
SWAPA
前三条指令是将累加器A的内容和源操作数内容相互交换;后两条指令是半字节交换指令,最后一条指令是将累加器A的高4位与低4位之间进行交换,而另外一条指令是将累加器A的低4位内容和（Ri）所指出的内部RAM单元的低4位内容相互交换。
3.2.3算术运算类指令
表3.2算术运算指令
表3.3影响标志位的指令
一、加法指令
1.普通加法指令
ADDA,Rn
ADDA,direct
ADDA,@Ri
ADDA,＃data
例如:
120和100之和为220,显然大于127,相加时
01111000120
+01100100100
11011100220
符号位（最高位）由0变1,两个正数相加结果变负,实际上它是和数的最高位,符号位移入了进位标志,此时位6有进位而位7无进位,置位溢出标志OV,结果溢出。
同样,－120和－100相加,结果应为－220,显然小于－128,相加时
10001000-120
+10011100-100
100100100-220
符号位由1变为0,两个负数相加结果变为正数,这是因为符号位移入进位标志,位6无进位而位7有进位,置位溢出标志OV,由此可判断结果溢出。
2.带进位加法指令
ADDCA,Rn
ADDCA,direct
ADDCA,@Ri
ADDCA,＃data
这组指令的功能与普通加法指令类似,唯一的不同之处是,在执行加法时,还要将上一次进位标志Cy的内容也一起加进去,对于标志位的影响也与普通加法指令相同。
3.增量指令
INCA
INCRn
INCdirect
INC@Ri
INCDPTR
这组指令的功能是：
将指令中所指出操作数的内容加1。
若原来的内容为0FFH,则加1后将产生溢出,使操作数的内容变成00H,但不影响任何标志。
最后一条指令是对16位的数据指针寄存器DPTR执行加1操作,指令执行时,先对低8位指针DPL的内容加1,当产生溢出时就对高8位指针DPH加1,但不影响任何标志。
4.十进制调整指令
DAA
这条指令对累加器A参与的BCD码加法运算所获得的8位结果进行十进制调整,使累加器A中的内容调整为二位压缩型BCD码的数。
使用时必须注意,它只能跟在加法指令之后,不能对减法指令的结果进行调整,且其结果不影响溢出标志位。
执行该指令时,判断A中的低4位是否大于9和辅助进位标志AC是否为“1”,若两者有一个条件满足,则低4位加6操作;同样,A中的高4位大于9或进位标志Cy为“1”两者有一个条件满足时,高4位加6操作。
例如:
有两个BCD数36与45相加,结果应为BCD码81,程序如下:
MOVA,＃36H
ADDA,＃45H
DAA
这段程序中,第一条指令将立即数36H（BCD码36）送入累加器A；第二条指令进行如下加法:
0011011036
+0100010145
011110117B
+0000011006
1000000181
得结果7BH;第三条指令对累加器A进行十进制调整,低4位（为0BH）大于9,因此要加6,得调整的BCD码81。
二、减法指令
1.带进位减法指令
SUBBA,Rn
SUBBA,direct
SUBBA,@Ri
SUBBA,＃data
这组指令的功能是:
将累加器A的内容与第二操作数及进位标志相减,结果送回到累加器A中。
在执行减法过程中，如果位7（D7）有借位,则进位标志Cy置“1”,否则清“0”;如果位3（D3）有借位,则辅助进位标志AC置“1”,否则清“0”;如位6有借位而位7没有借位,或位7有借位而位6没有借位,则溢出标志OV置“1”,否则清“0”。
若要进行不带借位的减法操作,则必须先将Cy
2.减1指令
DECA
DECRn
DECdirect
DEC@Ri
这组指令的功能是:
将指出的操作数内容减1。
如果原来的操作数为00H,则减1后将产生下溢出,使操作数变成0FFH,但不影响任何标志。
三、乘法指令
乘法指令完成单字节的乘法,只有一条指令:
MULAB
这条指令的功能是:
将累加器A的内容与寄存器B的内容相乘,乘积的低8位存放在累加器A中,高8位存放于寄存器B中。
如果乘积超过0FFH,则溢出标志OV置“1”,否则清“0”。
进位标志Cy总是被清“0”。
四、除法指令
除法指令完成单字节的除法,只有一条指令:
DIVAB
这条指令的功能是:
将累加器A中的内容除以寄存器B中的8位无符号整数,所得商的整数部分存放在累加器A中,余数部分存放在寄存器B中,清“0”进位标志Cy和溢出标志OV。
若原来B中的内容为0,则执行该指令后A与B中的内容不定,并将溢出标志OV置“1”,在任何情况下,进位标志Cy总是被清“0”。
3.2.4逻辑运算类指令
表3.4逻辑运算指令
一、简单逻辑操作指令
CLRA;对累加器A清“0”
CPLA;对累加器A按位取反
RLA;累加器A的内容向左环移1位
RLCA;累加器A的内容带进位标志位向左环移1位
RRA;累加器A的内容向右环移1位
RRCA;累加器A的内容带进位标志位向右环移1位
这组指令的功能是:
对累加器A的内容进行简单的逻辑操作。
除了带进位标志位的移位指令外,其它都不影响Cy,AC,OV等标志。
二、逻辑与指令
ANLA,Rn
ANLA,direct
ANLA,@Ri
ANLA,＃data
ANLdirect,A
ANLdirect,＃data
这组指令的功能是:
将两个操作数的内容按位进行逻辑与操作,并将结果送回目的操作数的单元中。
三、逻辑或指令
ORLA,Rn
ORLA,direct
ORLA,@Ri
ORLA,＃data
ORLdirect,A
ORLdirect,＃data
这组指令的功能是:
将两个操作数的内容按位进行逻辑或操作,并将结果送回目的操作数的单元中。
四、逻辑异或指令
XRLA,Rn
XRLA,direct
XRLA,@Ri
XRLA,＃data
XRLdirect,A
XRLdirect,＃data
这组指令的功能是:
将两个操作数的内容按位进行逻辑异或操作,并将结果送回到目的操作数的单元中。
3.2.5控制转移指令
控制转移指令共有17条,不包括按布尔变量控制程序转移指令（见表3.5）。
其中有64KB范围内的长调用、长转移指令;有2KB范围内的绝对调用和绝对转移指令;有全空间的长相对转移及一页范围内的短相对转移指令;还有多种条件转移指令。
由于MCS-51提供了较丰富的控制转移指令,因此在编程上相当灵活方便。
这类指令用到的助记符共有10种:
AJMP、LJMP、SJMP、JMP、ACALL、LCALL、JZ、JNZ、CJNE、DJNZ。
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表3.5控制转移指令
1.短跳转指令
AJMPaddr11
这是2KB范围内的无条件跳转指令,执行该指令时,先将PC+2,然后将addr11送入PC10～PC0,而PC15～PC11保持不变。
这样得到跳转的目的地址。
需要注意的是,目标地址与AJMP后面一条指令的第一个字节必须在同一个2KB区域的存储器区内。
2.相对转移指令
SJMPrel
执行该指令时,先将PC+2,再把指令中带符号的偏移量加到PC上,得到跳转的目标地址送入PC。
3.长跳转指令
LJMPaddr16
执行该指令时,将16位目标地址addr16装入PC,程序无条件转向指定的目标地址。
转移的目标地址可以在64KB程序存储器地址空间的任何地方,不影响任何标志。
4.散转指令
JMP@A+DPTR
执行该指令时,把累加器A中的8位无符号数与数据指针中的16位数相加,结果作为下条指令的地址送入PC,不改变累加器A和数据指针DPTR的内容,也不影响标志。
利用这条指令能实现程序的散转。
二、条件转移指令
JZrel;（A）=0转移
JNZrel;（A）≠0转移
这类指令是依据累加器A的内容是否为0的条件转移指令。
条件满足时转移（相当于一条相对转移指令）,条件不满足时则顺序执行下面一条指令。
转移的目标地址在以下一条指令的起始地址为中心的256个字节范围之内（－128～+127）。
当条件满足时,PC←（PC）+N+rel,其中（PC）为该条件转移指令的第一个字节的地址,N为该转移指令的字节数（长度）,本转移指令N=2。
三、比较转移指令
在MCS-51中没有专门的比较指令,但提供了下面4条比较不相等转移指令:
CJNEA,direct,rel
CJNEA,＃data,rel
CJNERn,＃data,rel
CJNE@Ri,＃data,rel
这组指令的功能是:
比较前面两个操作数的大小,如果它们的值不相等则转移。
转移地址的计算方法与上述两条指令相同。
如果第一个操作数（无符号整数）小于第二个操作数,则进位标志Cy置“1”,否则清“0”,但不影响任何操作数的内容四、减1不为0转移指令
DJNZRn,rel
DJNZdirect,rel
这两条指令把源操作数减1,结果回送到源操作数中去,如果结果不为0则转移（转移地址的计算方法同前）。
五、调用及返回指令
在程序设计中,通常把具有一定功能的公用程序段编制成子程序,当主程序需要使用子程序时用调用指令,而在子程序的最后安排一条子程序返回指令,以便执行完子程序后能返回主程序继续执行。
1.绝对调用指令
ACALLaddr11
这是一条2KB范围内的子程序调用指令。
执行该指令时，先将PC+2以获得下一条指令的地址,然后将16位地址压入堆栈（PCL内容先进栈,PCH内容后进栈）,SP内容加2,最后把PC的高5位PC15～PC11与指令中提供的11位地址addr11相连接（PC15～PC11,Ａ10～Ａ0）,形成子程序的入口地址送入PC,使程序转向子程序执行。
所用的子程序的入口地址必须与ACALL下面一条指令的第一个字节在同一个2KB区域的存储器区内。
2.长调用指令
LCALLaddr16
这条指令无条件调用位于16位地址addr16的子程序。
执行该指令时，先将PC+3以获得下一条指令的首地址,并把它压入堆栈（先低字节后高字节）,SP内容加2,然后将16位地址放入PC中,转去执行以该地址为入口的程序。
LCALL指令可以调用64KB范围内任何地方的子程序
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