计算机硬件技术基础专题四

计算机硬件我年基础

专题MCS-51指令系统

第三章

计算机科学与软件学院计算机基础数学部

本专题是全书的重点，是汇编语言程序设计的基础。

学习指令系统重点要掌握以下几点：

1、指令功能

2、寻址方式

3、操作数的位数和存储结构

4、对PSW的影响

5、指令与存储区的对应关系

6、各类指针及其指向的地址范

7、转移指令的转移范

8、指令字节数和机器周期数

第三章单片机的指令系统

0本章主要介绍单片机的寻址方式及指令系统,

是必须掌握的内容。

0一台计算机所有指令的集合，

称为该计算机的指令系统。

0各种计算机都有专用的指令系统。

学时分配:2学时1—53+97+98+99

2学时54—96100

第三章单片机的指令系统

•33MCS-51

33寻址

3.3MCS61单片机的指令系统

3.1MCS-51指令系统概述

指令字长和指令周期

3.1.1指令格式

-汇编语言指令格式

-机器语言指令格式

■

一条用助记符表示的汇编语言指令

Oo

Qo

Q----'V^-----、

ADDA,#10H;ADD为操作码，

A及#1OH为操作数

汇编语言指令格式

标号：操作码助记符目的操作数，源操作数；注释

例如:Loop：MOVA,R0;(RO)—>(A)

机器语言指令格式

单字节:操作码或操作码操作数或寻址方式

双字节:操作码操作数或寻址方式

三字节:操作码操作数或寻址方式操作数或寻址方式

例：ADDA,

机器码00100100操作码24H

OOH0000

操作数10H■

3.1.2指令字长和指令周期

指令字长有三种：

单字节RET

双季节MOVA,#68H

三季节MOV30H,46H

指令周期是指执行一条指令所需要的时间

1机器周期指令

2机器周期指令P318附剥I附表1

4机器周期指令

■

3.1.3指令分类按指令功能分

类

MCS-51指令咖粉美

段

匕

匕

算

令

数

算

令-k

♦

，&-

日

日

g条l

J0嫁作舲辞畴榭聆

U条\

)4I—

/I⑴条）⑴条）

按指令字长分类按指令执行时间分类

■

3.2寻址方式

•寻址方式：7种

-寄存器寻址

-直接寻址

-寄存器间接寻址

-立即寻址

-变址间接寻址

-相对寻址

-位寻址

-寻址方式与寻址空间

-MCS-51单片机的两个突出特点

寄存器寻址操作数存放在寄存器中

寄存器为R0-R7,A,DPTR,C

MOVA,R0SETSRSO

MOVR0f#01001111BMOVR3,#56H

工作寄存器（OOH—1FH）

RS1RSO寄存器组片内RAM地址寄存器

00第。组00H-07HR0-R7

01第1组08H-0FHR0-R7

0第2组10H-17HR0-R7

1第3组18H-1FHR0〜R7

例如：MOVA,R3;机器码为OEBH

指令功能是把当前R3中的操作数送累加器A。

指令执行示意图如图3—6所示。设（R3）=12H

ROM

PC.moi^TT)

0001001。］R0

指定0~3工作区

PSW00010010A

富接寻批一指令中直接给出操作数的地址

•功能最强，可访问3种地址空间

•内部数据存储器地址空间（RAM）：

00H-7FH

MOVA,OOH

MOV30H.20H

■特殊功能寄存器地址空间，唯一方式

80H-0FFH

MOVA,90H

MOVA,B

•位地址空间

00H-0FFHMOVC900H

例：MOVA，30H；机器码为E530H

指令功能是把直接地址30H单元的内容

送累加器A,即(30H)-(A)如图3—1所示。

ROM内部F'AM

PC―11100101操作眄

00110000直接地址34H30H

34HA

寄存器间接寻址

•将指定的寄存器的内容为地址，由该地

址所指定的单元内容作为操作数。

movA,@RO30H

(R0)=31H__31H

32H

((R0))=(31H)—>(A)=02H

例如：MOVA,@R1;机器码E7H

设(RI)=60H,(60H)=50H,执行结果(A)

=50H,该指令执行过程如图3—4所示。

内部RAM

形

001100000R1

ROM成

0

PC1110011I1

R1

地

0101000060H

址

D50

D60

D7001010000A

PSWRS1RS0

一

立即寻址——在指令中直接给出操作数

例：MOVA,#7Ah;747AH

把立即数7AH送累加器A,指令执行示意图如图3・2所示。

ROM

PC01110100操作措

oiiiioio一立即数

01111010A

例：MOVDPTR,#1234h

(DPH)=12H

(DPL)=34H

注意:立即数前加“#力号，以区别直接地址。

例如：MOVA,#30H；(A)—30H

MOVA,30H；(A)-OOH)

变址间接寻址

•基址寄存器+变址寄存器的/期?寻统方式

DPTR/PCA

MOVCA,@A+DPTR

(A)<-((DPTR)♦(A))

MOVCA,@A+PC

(A)—((PC)+(A))

JMP@A+DPTR

(PC)=(A)+(DPTR)

MOVCA,@A+PC；83H

设执行指令之前（A）=50H

指令功能是把该指令当前地址PC值与A

累加器内容相加形成操作码地址3F51H,

3F51H中的内容37H送A累加器。

相对寻址

•以当前的PC值为基准，加上指令中给出

的相对偏移量(rel)形成有效的转移地址。

jcLoop;

补码

[-128,127]

rel

rel

Loop:

JCrel；4085H

目标地址

设rel=85H,Cy=l

ROM

1F89H

PC

当前

值

PC—►2002H01000000

PC+12003H10000101

PC+1—2004H2004H

位寻址bit

位寻址范围：

1、内部RAM的位寻址区，共16个单元的

128位，字节地址为20H〜2FH,位地址为

00H〜7FH。可用直接位地址或字节地址加位

的表示方法。

例如：MOVC,7AH

或MOVC,2FH.2

2、特殊功能寄存器SFR可供位寻址的专用寄存器共11个,

实有位地址位83位。位地址有4种表达方式。

以对程序状态寄存器PSW辅助进位位AC进行操作为例：

psw|卬|P1DOH

D7HD6HDOH

1）直接使用位地址3）单元地址加位的表示法

MOVC，0D6HMOVC,ODOH.6

2）位名称表示法4）专用寄存器符号加位的表示法

MOVC，ACMOVC，PSW.6

寻址方式与寻址空间

寻址方式寻址空间

R0*R7

寄存器寻址

A、AB、CY>DPTR

内部RAM00H*7FH

特殊功能寄存器SFR80H*0FFH

直接寻址

内部RAM中20H~2FH单元的128个位地址

SFR中83个有效位地址80H~0FFH

寄存器内部RAM00H~7FH(@R0>@R1、SP)

间接寻址夕卜部RAM或夕卜部"O口OOOOH*OFFFFH

(@R0、@R1、@DPTR)

立即寻址程序存储器

基址♦变址

程序存储器（@A+DPTR、@A+PC）与知

寄间寻址

fl内部数据存储器与内部I/O口统一编址

1、内部数据存储器的寻址方式

1)OOH-1FH寄存器寻址4组RO〜R7Rn

直接寻址direct

寄存器间接寻址@RO,@R1

例：(01H)->(02H)

MOVO2H9O1H;源寻址和目的寻址均为直接寻址

MOVR2,01H;源寻址为直接寻址，目的寻址为寄存器寻址

MOVR0f#01H

MOV02H,@R0；源寻址为寄存器间接寻址，

目的寻址为直接寻址

2）20H-2FH可位寻址区的寻址方式

字节寻址方式:直接寻址direct

寄存器间接寻址

位寻址：bit直接寻址

例：位寻址（位

MOV26H9C;26H）1

MOV26H,A；字节寻址（26H）8位

3）30H-7FH数据缓冲区的寻址方式

字节寻址方式:直接寻址direct

寄存器间接寻址@R0,@R1

例：MOV56H,A；字节寻址（56H）8位

MOVR0,#66H

MOV@R0,#56H

可以将用户堆栈设在该区内，堆栈指针SP

2、SFR及“。口的操作只能直接寻址

例：P1口90H

统

MOVA,90H

MOVA,P1编

址

MOVP1,A

3、关于A累加器有两种寻址方式:

MOVA,#23H;A寄存器寻址

PUSHACC】［；上直g接=寻山址

POPOEOHJ

4、可做片内RAM的指针有：

RO,R1,四个组共有8个

预先设置RS1、RSO,以选定组。

SETBRSO

CLRRS1;1组

MOVR0,#34H；R0的地址是？

SETBRS1;3组

MOVRO,#68H;RO的地址是?

R0/R1指向的地址范围：00H~7FH

T2片外数据存储区和外部扩展的I/O口的寻址方式

指针：R0,R18位

DPTR16位只能寄存器间接寻址

指令助记符：MOVX

外部数据存储器的地址，或

例：MOVDPTR,#2000H"。口的地址16位

MOVA,#34H统

高8位地址

MOVX@DPTR9A

MOVP2#20H低8位地址

9址

MOVRO,#OOH)

R0/R1指向的地址范围:

MOVA,#34H

MOVX@RO,AOOH*OFFHu

3.3MCS-51单片机的指令系统

指令描述符号简介

■指令分类

指令描述符号(1)P68

-Rn-R0~R7工作寄存器R0〜与，n=0〜7

-direct-8位直接地址，表示直接寻址方式

-@Ri-只能是RO或RL所以i=0,1

-#data--8位立即数，数据范围00H〜FFH

-#data16--16位立即数，数据范围OOOOH〜FFFFH

-addr16-16位目标地址

-addri1-低11位目标地址

指令描述符号（2）

-rel8位带符号地址偏移量，［-128,127】补码

-bit位地址

-$当前指令地址

数据传送类指令(1)内部

direct@Ri

―|/

data

立即数

%

数据传送类指令(2)

-movA,Rn;(A)—(Rn)n=0〜7

-movA,direct;(A)<—(direct)

-movA,@Ri;(A)<-((Ri))i=0,l

-movA,#data;(A)<—#data

-movRn,A;(Rn)—(A)

-movRn,direct;(Rn)<—(direct)

-movRn9#data;(Rn)<—#data

数据传送指令(3)

MOV@RRO

-movdirect,A;irect)<—(A)

-movdiMOV、n)n=0〜7

J

-movdi二:<—(direct)

MOV@R1

-movdirect,@Ri;'(direct)—((Ri))i=0J

-movdiMOVRl>

)<—#data

-mov@Ri,A;((Ri))—(A)

-mov@Ri9direct;((Ri))<-(direct)

-mov@Ri,#data;((Ri))<-#data

数据传送类指令(4)交换指令

-xchA,Rn;(A)=(Rn)n=0〜7

-xchA,direct;(A)=(direct)

-xchA,@Ri;(A)o((Ri))i=09l

-xchdA,@Ri;(Ao〜3)o((Ri)o〜3)

-swapA;(Ao-3)=(A4〜7)

数据传送类指令(5)堆栈操作

-popdirect;(direct)<—((sp)),(sp)<—(sp)-l

-pushdirect;(sp)<—(sp)+l9((sp))—(direct)

1、堆栈一种数据结构，是“先进后出”线性表。

2、堆栈操作：压入PUSH,弹出POP

3、堆栈区：占片内RAM中连续的存储单元

复位后，系统自动将SP指针指向07H

用户可将堆栈区设在30H~7FH数据缓冲区内,

MOVS^#5FH

堆栈有两种类型：向上生长型和向下生长型，如图2・5

所示。向上生长型堆栈，栈底在低地址单元。随着

数据进栈，地址递增，SP的内容越来越大，指针上移;

反之，随着数据的出栈，地址递减，SP的内容越来越

小，指针下移。如(b)图所示。

S2-5堆栈类型

MCS-51属生长型堆栈，这种

堆栈的操作规则如下：

进栈操作：先SP加1,后写入数据。

出栈操作：先读出数据，SP减1。

向下生长型堆栈，栈底设在高地址单元。随着

数据进栈，地址递减，SP内容越来越小，指针下

移；反之，随着数据的出栈，地址递增，SP内容

越来越大，指针上移。其堆栈操作规则与向上生

长型正好相反。如（a）图所示。

堆栈的使用有两种方式：

一种是自动方式，即在调用子程序或断点时，断

点地址自动进栈。程序返回时，断点地址再自动弹回

PCo这种操作无需用户干预。

另一种是指令方式，即使用专用的堆栈操作指令,

执行进出栈操作，其进栈指令为PUSH,出栈指令为

POPo例如：

保护现场就是一系列指令方式的进栈操作；

而恢复现场则是一系列指令方式的出栈操作。

需要保护多少数据由用户决定。

保护现场:

PUSHACC

PUSH

PUSH01H

恢复现场:

POP01H

POPPSW

POPACC

数据传送类指令(6)外部

r

-movxA,@Ri;(A)<—((Ri))i=0l

外9

部

-movxA,@DPTR;(A)一((DPTR))

数

据-movx@Ri,A;((Ri))—(A)

、-movx@DPTR,A;((DPTR))—(A)

-moveA,@A+DPTR;(A)—((A)+(DPTR))

外部

程序

L-moveA,@A+PC;(PC)—(PC)+1,内部

6

(A)<-((A)+(PC)ykl^J

movDPTR#datal6;(DPTR)—#datal6金

9

传送类指令举例:

［例3—1］已知（RO）=30H,问执行如下程序，A、R4、

30H和31H单元的内容是什么。

MOVA,#10H(A)=10H

MOVR4,#36H(R4)=36H

MOV@R0,#7AH(30H)=7AH

MOV31H,#01H(31H)=01H

解：8031执行上述指令后的结果为:

［例3—2］设内部RAM中30H单元的内容为40H,40H单元的内

容为10H,P1口作输入口，其输入数据为0CAH,程序及执行

后的结果如下：

MOVRO,#30H；单元地址30H送R0中

MOVA,@R0；RO间址，将30H单元内容送A

MOVRI,A；A送RI

MOVB,@R1;RI间址，将40H单元内容送B

MOV@R1,Pl;将Pl内容送40H单元

MOVP2,Pl;将Pl内容送P2

执行结果：(R0)=30H,(RI)=40H,(A)=40H,(B)=10H，

(Pl)=0CAH(40H)=0CAH,(P2)=0CAH

I：例3—3］已知片外RAM的70H单元中的一个数X,需送到片

外RAM的1010H单元，试编写程序。

解：ORG1000H外部RAM

MOVRO,#70H之间不能直接传

MOVDPTR,#1010H送数据，必须通

过累加器A传送

MOVXA,@R0

MOVX@DPTR,A/

SJMP$MOVX@DP1J^RO

END'、

［例3—5］设(30H)=X,(40H)=¥,试利用堆栈区

域实现30H和40H单元中的数据交换。

解：堆栈区是片内RAM的一个数据区，进栈和出栈

的数据符合“先进后出”的原则。

MOVSP,#50H；设栈底(栈底不存数)

PUSH40H；(51H)-(40H)

PUSH30H；(52H)-(30H)

POP40H；(40H)-(52H)

POP30H；(30H)-(51H)

(a)压入Y,X(b)弹出X,¥

［例3—6］已知外部RAM2020H单元中有一个数X,内部

RAM20H单元一个数Y,试编出可以使它们互相交换的程

序。指向外部

解：MOVP2,#20HRAM

2020H单元

MOVRI,#20H

MOVXA,@R1

指向内部

XCHA,@R1RAM

20H单元

MOVX@R1,A

SJMP$

END

［例3—7］已知片内50H单元中有一个0〜9的数，

试编程把它变为相应的ASCII码的程序。

解：因为0〜9的ASCII码为30〜39H

程序如下:MOVRO,

MOVA,

XCHDA,

MOV@R0

SJMP$

END8

［例3—8］把01H单元内容送02H单元，有几种不同的实现方法。

①MOV02H,01H;直接寻址3字节2周期

②MOVA,01H;直接寻址+寄存器寻址

MOV02H,A;4字节2周期

③MOVA,RI;寄存器寻址2字节2周期

MOVR2,A

④MOVRO,#01H;4字节3周期

MOV02H,@R0;间接寻址

⑤PUSH01H;栈操作4字节4周期

POP02H

第三种方法占存储空间少，执行周期短。

算术运算类指令

A

程序状态字PSW

D7D6D5D4D3D2DIDO

CyACFORSIRS]OVP

•Cy：进位标志；布尔累加器

•AC：辅助进位标志（半进位）

・F0：用户标志

・RS1/RSO：寄存器选择

•OV：溢出标志

・P:奇偶标志

加法指令

A

不带进位的加法指令

•addA,RK;(A)<-(A)+(Rn)

•addA,direct;(A)<—(A)+(direct)

•addA,@Ri；(A)<-(A)+((Ri))

•addA,#data;(A)<—(A)+#data

4

带进位的加法指令

•addcA,Rn;(A)<-(A)+(Rn)+(C)

•addcA5direct;(A)<-(A)+(direct)+(C)

•addcA,@Ri;(A)<-(A)+((Ri))+(C)

•addcA9#data;(A)<—(A)+#data+(C)

4

加1指令

•incA;(A)—(A)+l

•incRn;(Rn)—(Rn)+1

•incdirect;(direct)<—(direct)+l

•inc@Ri;((Ri))—((Ri))+1

二-十进制调整指令

•DAA

•调整原则：

-形式上非BCD码需要加06H、60H、66H调整

-形式上是BCD码时:

CYAC调整原则

00不调整

01+06H

10+60H

11+66H

：BCD码减法

减法指令

•subbA,Rn;(A)<-(A)-(Rn)-(C)

•subbA,direct;(A)<—(A)-(direct)-(C)

•subbA,@Ri;(A)<-(A)-((Ri))-(C)

•subbA,#data;(A)<—(A)-#data-(C)

减1指令

减1指令

•decA;(A)—(A)・l

•decRn;(Rn)^(Rn)-l

•decdirect;(direct)<—(direct)-l

•dec@Ri;((Ri))—((Ri))-1

乘/除指令

•无符号数乘法指令

-mulAB;(A)x(B)f(B)(A)

•若(B)w0贝(IOV=1，否贝!jOV=0;Cy三0

•无符号数除法指令

-divAB;(A)/(B)=(A),余数(B)

•C卡0；若(B)=0贝！)OV=1

逻辑运算类指令

单字节逻辑操作数运算指令

双字节逻辑操作数运算指令

单字节逻辑操作数运算指令

累加器A清“零”指令

•CLRA;

-(A)―0；

累加器A清：

CLRA;

CLRC

SUBBA50E0H

累加器A取反指令

・CPLA

-(A)=55H

-CPLA

-(A)=OAAH

-CLRA

-CPLA

-INCA

o

累加器A循环左移指令

•RLA;ROTATELEFT

-(A)=55H

-RLA;(A)=0AAH

-MOVA,#01H

-RLA

-RLA

-RLA

-RLA

oOo

累加器A连同进位位循环左移指令

•RLCA

•(A)=0

•(CY)=1

•RLCA

•RLCA

•RLCA

•RLCA

累加器A循环右移指令

•RRA;ROTATERIGHT

•(A)=08H

•RRA-►]A»~~»

•RRA

•RRA

•RRA

G

累加器A连同进位位循环右移指令

•RRCA;

•(A)=0

•(CY)=O

•RRCA

•RRCA

•RRCA

•RRCA

双字节逻辑操作数运算指令

逻辑“与”指令

•ANLA,Rn;(A)<-(A)•(Rn)

•ANLA,direct

•ANLA,@Ri

•ANLA,#data

•ANLdirect,A

•ANLdirect,#data

逻辑“或”指令

・orlA,Rn;(A)<-(A)+(Rn)

•orlA,direct

•orlA,@Ri

•orlA,#data

•orldirect,A

•orldirect,#data

逻辑“异或”指令

•xrlA,Rn;(A)<-(A)©(Rn)

•xrlA,direct

•xrlA,@Ri

•xrlA5#data

•xrldirect5A

•xrldirect5#data

布尔处理类指令

布尔数据传送指令

•movC,bit;(C)<―(bit)

•movbit,C;(bit)<—(C)

布尔状态控制指令

•位清“0”指令

-clrC

-clrbit

•位置“1”指令

-setbC

-setbbit

•位取反指令

-cplC

-cplbit

位逻辑指令

・位逻辑与指令

-anlC,bit;

-anlCJbit;

•位逻辑或指令

-orlC,bit;

-orlCJbit;

空操作指令

•nop;(PC)—(PC)+1

-clrP3.7

-nop

-setbP3.7

-nop

-clrP3.7

-nop

-setbP3.7

布尔处理示例

UBIT20H.0

VBIT20H.1

WBIT20H.2

XBIT20H.3

YBIT20H.4

ZBIT20H.5

QBIT20H.6

ORG0000H

Start:movC,V

orlC,W

anlC,U

movF0,C

movC,X

orlC,/Y

Q=U・(V+W)*(X+Y)・ZanlC,F0

anlC,/Z

movQ,C

sjmp$

END

控制转移类指令

无条件转移指令

绝对无条件转移指令

•格式：ajmpaddrll;

•功能:无条件转向指令中提供的U位地址。

转移范围:2K,PCi5〜U不变

ajmpStart

长转移指令

•格式：Ijmpaddrl6;(PC)<—addrl6

•功能:无条件转向指令中提供的16位地址。

三字节指令,后两个字节为转移的目

标地址.转移范围：64K

IjmpStart

4

短转移指令

•格式：sjmprel;(PC)—(PC)+2,

(PC)―(PC)+rel

・功能:相对转向指令,rel为一字节补码形

式的相对偏移量.转移范围：-128〜+127

•例:sjmpLoop

sjmp$

4

间接转移指令(散转)

•格式:jmp@A+DPTR;(PC)<-

(A)+(DPTR)

・功能:根据A与DPTR的内容转移,转移的

目标地址可觉

•例:movDPTR,#JMP_TBL

jmp@A+DPTR

JMPTBL:ajmpLablel

ajmpLablel

条件转移指令

判零转移指令

式:jzrel;rel:8位相对偏移量

・功能:(PC)—(PC)+2,

IF(A)=0THEN(PC)—(PC)+relELSEgoon

•格式:jnzrel;rel:8位相对偏移量

・功能:(PC)—(PC)+2,

IF(A)，0THEN(PC)<-(PC)+relELSEgoon

判位变量转移指令

•格式:jbbit^rel;rel:8位相对偏移量

•功能:(PC)—(PC)+3,

IF(bit)=lTHEN(PC)—(PC)+relELSEgoon

•格式:jnbbit,rel;rel:8位相对偏移量

・功能:(PC)—(PC)+3,

IF(bit)=OTHEN(PC)—(PC)+relELSEgoon

判位变量并清零转移指令

式:jbcbit^rel;rel:8位相对偏移量

•功能:(PC)—(PC)+3,

IF(bit)=lTHEN(PC)^(PC)+reland(bit)=O

ELSEgoon

判布尔累加器C转移指令

,格式:jcrel;rel:8位相对偏移量

•功能:(PC)—(PC)+2,

IF(C)=lTHEN(PC)^(PC)+relELSEgoon

,格式:jncrel;rel:8位相对偏移量

•功能:(PC)—(PC)+2,

IF(C)=0THEN(PC)<-(PC)+relELSEgoon

比较转移指令

cjne(目的字节),(源字节),rel

■功能：目的字节与源字节比较，不相等则转

移，同时，若目的字节＞=源字节则(C)=0;若

目的字节〈源字节则(C)=l。相等则继续执行。

•cjneA,direct,rel;(PC)—(PC)+3

•cjneA5#data,rel;

•cjneRn,#data,rel;

•cjne@Ri,#data,rel

酒力

循环转移指令

式：djnzRn^rel;rel:8位相对偏移量

・功能:(PC)—(PC)+2,(Rn)<-(Rn)・l

IF(Rn)wOTHEN(PC)^-(PC)+relELSEgoon

•格式：djnzdirected;rel:8位相对偏移量

•功能:(PC)—(PC)+3,

IF(