单片机原理与应用电子教案

第3章MCS-51单片机指令系统3.1寻址方式3.2指令系统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→74H10H3.三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］4个区段之间要用分隔符分开:标号与操作码之间用“:”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)。3.1寻址方式所谓寻址方式,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,＃3AHMOVDPTR,＃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+AJMP@A+DPTRMOVCA,@PC+A6.相相对寻址址在MCS-51指指令系统统中设有有转移指指令,分分为直直接转移移和相对对转移指指令,在在相对对转移指指令中采采用相对对寻址方方式。这这种寻址址方式是是以PC的内容容为基本本地址,加上上指令中中给定的的偏移量量作为转转移地址址。指令令中给出出的偏移移量是一一个8位带带符号的的常数,可正正可负,其范范围为－－128～+127。。7.位位寻址该种寻址址方式中中,操操作数是是内部RAM单单元中某某一位的的信息。。3.2指指令令系统3.2.1指指令分类类按指令的的功能,MCS-51指令令系统可可分为下下列5类:(1)数数据传传送;(2)算算术术运运算算;(3)逻逻辑辑运运算算;(4)位位操操作作;(5)控控制制转转移移。。Rn————当当前前选选定定的的寄寄存存器器区区中中的的8个个工工作作寄寄存存器器R0～～R7,即即n=0～～7。。Ri————当当前前选选定定的的寄寄存存器器区区中中的的2个个寄寄存存器器R0、、R1,i=0、、1。。direct————8位位内内部部RAM单单元元的的地地址址,它它可可以以是是一一个个内内部部数数据据区区RAM单单元元(00H～～7FH)或或特特殊殊功功能能寄寄存存器器地地址址(I/O端端口口、、控控制制寄寄存存器器、、状状态态寄寄存存器器80H～～0FFH)。。＃data————指指令令中中的的8位位常常数数。。＃data16———指指令令中中的的16位位常常数数。。addr16———16位位的的目目的的地地址址,用用于于LJMP,LCALL指指令令,可可指指向向64KB程程序序存存储储器器地地址址空空间间。。addr11———11位位的的目目的的地地址址,用用于于AJMP,ACALL指指令令。。目目的的地地址址必必须须与与下下一一条条指指令令的的第第一一个个字字节节在在同同一一个个2KB程程序序存存储储器器地地址址空空间间之之内内。。rel————8位位带带符符号号的的偏偏移移量量字字节节,用用于于SJMP和和所所有有条条件件转转移移指指令令中中。。偏偏移移量量相相对对于于下一条条指令令的第第一个个字节节计算,在在－128～+127范范围围内取取值。。bit———内部部数据据RAM或或特殊殊功能能寄存存器中中的可可直接接寻址址位。。DPTR———数数据指指针,可可用作作16位位的的地址址寄存存器。。A———累加加器。。B———寄存存器,用用于MUL和DIV指令令中。。C———进位位标志志或进进位位位。@———间接接寻址址寄存存器或或基址址寄存存器的的前缀缀,如如@Ri,@DPTR。/———位操操作数数的前前缀,表表示对对该位位取反反。（X））———X中的的内容容。（（X）））———由X寻址址的单单元中中的内内容。。←———箭头头左边边的内内容被被箭头头右边边的内内容所所代替替。3.2.2数数据传传送类类指令令图3––1MCS-51传送送指令令示意意图表3.1数数据传传送类类指令令一览览表表3.1数数据传传送类类指令令一览览表1.数数据据传送送到累累加器器A的的指令令MOVA,R0MOVA,directMOVA,@RiMOVA,＃＃data这组指指令的的功能能是：：把源源操作作数的的内容容送入入累加加器A。例例如:MOVA,＃＃10H,该该指指令执执行时时将立立即数数10H送入入累加加器A中。。2.数数据据传送送到工工作寄寄存器器Rn的指指令MOVRn,AMOVRn,directMOVRn,＃＃data这组指指令的的功能能是:把把源操操作数数的内内容送送入当当前工工作寄寄存器器区的的R0～R7中中的某某一个个寄存存器。。指令令中Rn在在内部部数据据存储储器中中的地地址由由当前前的工工作寄寄存器器区选选择位位RS1、、RS0确确定定,可可以以是00H～～07H、、08H～～0FH、、10H～～17H、、18H～～1FH。。例例如:MOVR0,A,若若当前前RS1、、RS0设设置置为00(即工工作寄寄存器器0区区),执执行该该指令令时，，将累累加器器A中中的数数据传传送至至工作作寄存存器R0(内部部RAM00H)单单元中中。3.数数据据传送送到内内部RAM单元元或特特殊功功能寄寄存器器SFR的的指令令MOVdirect,AMOVdirect,RnMOVdirect,directMOVdirect,@RiMOVdirect,＃＃dataMOV@Ri,AMOV@Ri,directMOV@Ri,＃＃dataMOVDPTR,＃＃data16这组指指令的的功能能是：：把源源操作作数的的内容容送入入内部部RAM单单元或或特殊殊功能能寄存存器。。其中中第三三条指指令和和最后后一条条指令令都是是三字字节指指令。。第三三条指指令的的功能能很强强,能能实实现内内部RAM之间间、特特殊功功能寄寄存器器之间间或特特殊功功能寄寄存器器与内内部RAM之间间的直直接数数据传传送。。最后后一条条指令令是将将16位的的立即即数送送入数数据指指针寄寄存器器DPTR。4.累累加器A与外部部数据存存储器之之间的传传送指令令MOVXA,@DPTRMOVXA,@RiMOVX@DPTR,AMOVX@Ri,A这组指令令是：在在累加器器A与外外部数据据存储器器RAM单元或或I/O口之间间进行数数据传送送,前前两条指指令执行行时,P3.7引引脚上输输出RD有效信信号,用用作外外部数据据存储器器的读选选通信号号;后后两条指指令执行行时,P3.6引引脚上输输出WR有效信信号,用用作外外部数据据存储器器的写选选通信号号。DPTR所所包含的的16位位地址信信息由P0(低8位位)和和P2(高8位位)输出出,而而数据信信息由P0口口传送,P0口作作分时复复用的总总线。由由Ri作作为间接接寻址寄寄存器时时,P0口口上分时时输出Ri指定定的8位位地址信信息及传传输8位位数据。。5.堆堆栈操作作指令PUSHdirectPOPdirect在MCS-51单单片机的的内部RAM中中,可可以设定定一个先先进后出出的区域域,称称其为堆堆栈。在在特殊功功能寄存存器中有有一个堆堆栈指针针SP,它指指出栈顶顶的位置置。进进栈指令令的功能能是:首首先将将堆栈指指针SP的内容容加1,然后后将直接接地址所所指出的的内容送送入SP指出的的内部RAM单单元;出出栈指指令的功功能是:将SP所指指出的内内部RAM单元元的内容容送入由由直接地地址所指指出的字字节单元元,接接着将堆堆栈指针针SP的的内容减减1。例如:进进入中中断服务务子程序序时,把把程序序状态寄寄存器PSW、、累加加器A、、数据据指针DPTR进栈保保护。设设当前SP为60H。则程程序段PUSHPSWPUSHACCPUSHDPLPUSHDPH执行后,SP内容修修改为64H,而而61H、62H、63H、、64H单元中中依次栈栈入PSW、A、DPL、DPH的的内容。。当中断断服务程程序结束束之前,如下下程序段段(SP保持64H不变)POPDPHPOPDPLPOPACCPOPPSW执行之后后,SP内容容修改为为60H,而64H、、63H、62H、61H单单元中的的内容依依次弹出出到DPH、DPL、、A、PSW中中。MCS-51提供供一个向向上升的的堆栈,因此此SP设设置初值值时要充充分考虑虑堆栈的的深度,要留留出适当当的单元元空间,满足足堆栈的的使用。。6.程序序存储器器内容送送累加器器MOVCA,@A+PCMOVCA,@A+DPTR这是两条条很有用用的查表表指令,可用用来查找找存放在在外部程程序存储储器中的的常数表表格。第第一条指指令是以以PC作作为基址址寄存器器,A的内容容作为无无符号数数和PC的内内容(下下一条条指令的的起始地地址）相相加后得得到一个个16位的的地址,并将将该地址址指出的的程序存存储器单单元的内内容送到到累加器器A。这这条指指令的优优点是不不改变特特殊功能能寄存器器和PC的状态态,只只要根据据A的内内容就可可以取出出表格中中的常数数。缺点点是表格格只能放放在该条条查表指指令后面面的256个个单元元之中,表格格的大小小受到限限制,而而且表表格只能能被一段段程序所所利用。。第二条指令令是以DPTR作为为基址寄存存器,累累加器A的的内容作为为无符号数数与DPTR内容相相加,得得到一个16位位的地址,并把该该地址指出出的程序存存储器单元元的内容送送到累加器器A。这条条指令的执执行结果只只与指针DPTR及及累加器A的内容有有关,与与该指令存存放的地址址无关,因因此,表表格的大大小和位置置可以在64KB程序存存储器中任任意安排,并且一一个表格可可以为各个个程序块所所共用。7.字节节交换指令令XCHA,RnXCHA,@RiXCHA,directXCHDA,@RiSWAPA前三条指令令是将累加加器A的内内容和源操操作数内容容相互交换换;后两两条指令是是半字节交交换指令,最后一一条指令是是将累加器器A的高4位与与低4位位之间进进行交换,而另外外一条指令令是将累加加器A的的低4位内容容和（Ri）所指出出的内部RAM单元元的低4位内内容相互交交换。3.2.3算术运运算类指令令表3.2算术术运算指令令表3.2算术术运算指令令表3.3影响标标志位的指指令表3.3影响标标志位的指指令一、加法法指令1.普通通加法指令令ADDA,RnADDA,directADDA,@RiADDA,＃＃data例如:120和和100之和为为220,显然然大于127,相相加时011110001200110010010011011100220+符号位(最最高位)由由0变变1,两个正正数相加结结果变负,实际上上它是和数数的最高位位,符号号位移入了了进位标志志,此时时位6有有进位而而位7无无进位,置位溢溢出标志OV,结结果溢出。。同样,－－120和和－100相加,结果应应为－220,显显然小于－－128,相加时时10001000-12010011100-100+100100100-220符号位由1变为0,两个负负数相加结结果变为正正数,这这是因为符符号位移入入进位标志志,位6无进进位而位7有进进位,置置位溢出标标志OV,由此可可判断结果果溢出。2.带进进位加法指指令ADDCA,RnADDCA,directADDCA,@RiADDCA,＃＃data这组指令的的功能与普普通加法指指令类似,唯一的的不同之处处是,在在执行加法法时,还还要将上一一次进位标标志Cy的的内容也一一起加进去去,对于于标志位的的影响也与与普通加法法指令相同同。3.增量量指令INCAINCRnINCdirectINC@RiINCDPTR这组指令的的功能是：：将指令中中所指出操操作数的内内容加1。。若原来来的内容为为0FFH,则则加1后将产产生溢出,使操作作数的内容容变成00H,但不影影响任何标标志。最后后一条指令令是对16位的数数据指针寄寄存器DPTR执行行加1操操作,指指令执行行时,先先对低8位指针针DPL的内容加加1,当当产生溢溢出时就对对高8位指指针DPH加1,但不影影响任何标标志。4.十进进制调整指指令DAA这条指令对对累加器A参与的BCD码加加法运算所所获得的8位结结果进行十十进制调整整,使累累加器A中中的内容调调整为二位位压缩型BCD码的数。。使用时必必须注意,它只能能跟在加法法指令之后后,不能能对减法指指令的结果果进行调整整,且其其结果不影影响溢出标标志位。执行该指令令时,判判断A中的低4位位是否大于于9和和辅助进进位标志AC是是否为“1”,若若两者有一一个条件满满足,则则低4位位加6操作作;同样样,A中的高4位大大于9或或进位标标志Cy为“1”两者有有一个条件件满足时,高4位加6操作作。例如:有两个个BCD数36与45相加加,结果果应为BCD码码81,程序如如下:MOVA,＃＃36HADDA,＃＃45HDAA这段程序中中,第一一条指令将将立即数36H(BCD码36)送入入累加器A；第二二条指令进进行如下加加法:00110110360100010145011110117B0000011006++1000000181得结果7BH;第第三条指指令对累加加器A进行十进进制调整,低4位(为为0BH)大于9,因因此要加6,得得调整的BCD码81。二、减法法指令1.带进进位减法指指令SUBBA,RnSUBBA,directSUBBA,@RiSUBBA,＃＃data这组指令的的功能是:将累加加器A的内内容与第二二操作数及及进位标志志相减,结结果送回回到累加器器A中。在在执行减法法过程中，，如果位7（D7））有借位,则进位位标志Cy置“1””,否则则清“0””;如果果位3（（D3）有有借位,则则辅助进进位标志AC置“1”,否否则清“0”;如如位6有有借位而而位7没没有借位位,或位位7有有借位而位位6没没有借位,则溢出出标志OV置“1””,否则则清“0””。若要要进行不带带借位的减减法操作,则必须须先将Cy清“0””。2.减1指令DECADECRnDECdirectDEC@Ri这组指令的的功能是:将指出出的操作数数内容减1。如如果原来来的操作数数为00H,则则减1后后将产生生下溢出,使操作作数变成0FFH,但不不影响任何何标志。三、乘法法指令乘法指令完完成单字节节的乘法,只有一一条指令:MULAB这条指令的的功能是:将累加加器A的内内容与寄存存器B的内内容相乘,乘积的的低8位位存放在在累加器A中,高高8位位存放于寄寄存器B中中。如果乘乘积超过0FFH,则溢出出标志OV置“1””,否则则清“0””。进位位标志Cy总是被清清“0”。。四、除除法指令除法指令完完成单字节节的除法,只有一一条指令:DIVAB这条指令的的功能是:将累加加器A中的内容容除以寄存存器B中的8位位无符号整整数,所所得商的整整数部分存存放在累加加器A中,余数部部分存放在在寄存器B中,清清“0””进位标志志Cy和溢溢出标志OV。若若原来B中的内内容为0,则执执行该指令令后A与B中的内内容不定,并将溢溢出标志OV置“1”,在在任何情况况下,进进位标志Cy总是被被清“0””。3.2.4逻辑辑运算类指指令表3.4逻辑运运算指令一、简单单逻辑操作作指令CLRA;对对累加器器A清“0”CPLA;对对累加器A按位取反反RLA;累加加器A的内内容向左环环移1位位RLCA;累累加器A的的内容带进进位标志位位向左环移移1位位RRA;累加加器A的内内容向右环环移1位位RRCA;累累加器A的的内容带进进位标志位位向右环移移1位位这组指令的的功能是:对累加加器A的内内容进行简简单的逻辑辑操作。除除了带进位位标志位的的移位指令令外,其它它都不影响响Cy,AC,OV等标标志。二、逻辑辑与指令ANLA,RnANLA,directANLA,@RiANLA,＃＃dataANLdirect,AANLdirect,＃＃data这组指令的的功能是:将两个个操作数的的内容按位位进行逻辑辑与操作,并将结结果送回目目的操作数数的单元中中。三、逻辑辑或指令ORLA,RnORLA,directORLA,@RiORLA,＃＃dataORLdirect,AORLdirect,＃＃data这组指令的的功能是:将两个个操作数的的内容按位位进行逻辑辑或操作,并将结结果送回目目的操作数数的单元中中。四、逻辑辑异或指令令XRLA,RnXRLA,directXRLA,@RiXRLA,＃＃dataXRLdirect,AXRLdirect,＃＃data这组指令的的功能是:将两个个操作数的的内容按位位进行逻辑辑异或操作作,并将将结果送回回到目的操操作数的单单元中。3.2.5控制转转移指令控制转移指指令共有17条条,不包包括按布尔尔变量控制制程序转移移指令（见见表3.5）。其其中有64KB范围内的的长调用、、长转移移指令;有有2KB范围围内的绝对对调用和绝绝对转移指指令;有有全空间的的长相对转转移及一页页范围内的的短相对转转移指令;还有多多种条件转转移指令。。由于MCS-51提供供了较丰富富的控制转转移指令,因此在在编程上相相当灵活方方便。这类类指令用到到的助记符符共有10种:AJMP、LJMP、SJMP、、JMP、、ACALL、LCALL、、JZ、JNZ、CJNE、、DJNZ。表3.5控控制制转转移移指指令令一、无无条条件转转移指指令1.短短跳跳转指指令AJMPaddr11这是2KB范围围内的的无条条件跳跳转指指令,执执行该该指令令时,先先将PC+2,然然后将将addr11送入PC10～PC0,而而PC15～PC11保持不不变。。这这样得得到跳跳转的的目的的地址址。需需要注注意的的是,目目标地地址与与AJMP后面面一条条指令令的第第一个个字节节必须须在同同一个个2KB区区域的的存储储器区区内。。2.相相对对转移移指令令SJMPrel执行该该指令令时,先先将PC+2,再再把指指令中中带符符号的的偏移移量加加到PC上上,得得到到跳转转的目目标地地址送送入PC。。3.长长跳跳转指指令LJMPaddr16执行该该指令令时,将将16位位目目标地地址addr16装入PC,程程序无无条件件转向向指定定的目目标地地址。。转移移的目目标地地址可可以在在64KB程序序存储储器地地址空空间的的任何何地方方,不不影影响任任何标标志。。4.散散转转指令令JMP@A+DPTR执行该该指令令时,把把累加加器A中中的8位位无符符号数数与数数据指指针中中的16位位数相相加,结结果作作为下下条指指令的的地址址送入入PC,不不改改变累累加器器A和和数据据指针针DPTR的内内容,也也不影影响标标志。。利利用这这条指指令能能实现现程序序的散散转。。二、条条件件转移移指令令JZrel;（（A）=0转转移JNZrel;（（A））≠0转转移这类指指令是是依据据累加加器A的内内容是是否为为0的的条件件转移移指令令。条条件满满足时时转移移（相相当于于一条条相对对转移移指令令）,条条件不不满足足时则则顺序序执行行下面面一条条指令令。转转移的的目标标地址址在以以下一一条指指令的的起始始地址址为中中心的的256个个字节节范围围之内内（－－128～～+127））。当当条件件满足足时,PC←←(PC)+N+rel,其其中中(PC)为该该条件件转移移指令令的第第一个个字节节的地地址,N为该该转移移指令令的字字节数数（长长度））,本本转转移指指令N=2。三、比比较较转移移指令令在MCS-51中中没有有专门门的比比较指指令,但但提供供了下下面4条条比比较不不相等等转移移指令令:CJNEA,direct,relCJNEA,＃＃data,relCJNERn,＃＃data,relCJNE@Ri,＃data,rel这组指令令的功能能是:比比较前前面两个个操作数数的大小小,如如果它们们的值不不相等则则转移。。转移地地址的计计算方法法与上述述两条指指令相同同。如果果第一个个操作数数（无符符号整数数）小于于第二个个操作数数,则则进位标标志Cy置“1”,否否则清清“0””,但但不影响响任何操操作数的的内容。。四、减1不为为0转转移指令DJNZRn,relDJNZdirect,rel这两条指令令把源操作作数减1,结果果回送到源源操作数中中去,如如果结果不不为0则则转移（（转移地址址的计算方方法同前））。五、调用用及返回指指令在程序设计计中,通通常把具有有一定功能能的公用程程序段编制制成子程序序,当主主程序需要要使用子程程序时用调调用指令,而在子子程序的最最后安排一一条子程序序返回指令令,以便执执行完子程程序后能返返回主程序序继续执行行。1.绝对对调用指令令ACALLaddr11这是一条2KB范围内的的子程序调调用指令。。执行该指指令时，先先将PC+2以以获得下下一条指令令的地址,然后将将16位位地址压压入堆栈（（PCL内内容先进栈栈,PCH内容后后进栈）,SP内内容加2,最后后把PC的高5位PC15～PC11与指令中提提供的11位地地址addr11相连接（PC15～PC11,Ａ10～Ａ0）,形成成子程序的的入口地址址送入PC,使程程序转向子子程序执行行。所用的的子程序的的入口地址址必须与ACALL下面面一条指令令的第一个个字节在同同一个2KB区域的存存储器区内内。2.长调调用指令LCALLaddr16这条指令无无条件调用用位于16位地地址addr16的子程序。。执行该指指令时，先先将PC+3以获得得下一条指指令的首地地址,并并把它压入入堆栈（先先低字节后后高字节））,SP内容加2,然然后将16位地地址放入PC中,转去执执行以该地地址为入口口的程序。。LCALL指令令可以调用用64KB范围围内任何地地方的子程程序。指令令执行后不不影响任何何标志。3.子子程程序返返回指指令RET这条指指令的的功能能是:恢恢复断断点,将将调用用子程程序时时压入入堆栈栈的下下一条条指令令的首首地址址取出出送入入PC,使使程程序返返回主主程序序继续续执行行。4.中中断断返回回指令令RETI这条指指令的的功能能与RET指令令相似似,不不同同的是是它还还要清清除MCS-51单单片机机内部部的中中断状状态标标志。。3.2.6位位操作作类指指令表3.6位位操操作作指指令令指令中中位地地址的的表达达形式式有以以下几几种:(1)直直接地地址方方式:如如0A8H;(2)点点操作作符方方式:如如IE.0;(3)位位名称称方式式:如如EX0;(4)用用户定定义名名方式式:如如用用伪指指令BIT定义义：WBZD0BITEX0经定义义后,允允许指指令中中使用用WBZD0代代替替EX0。1.位位数数据传传送指指令MOVC,bi