單片機原理及應(yīng)用第3章

第3章MCS-51指令系統(tǒng)

計算機的指令系統(tǒng)是表征計算機性能的重要指標，每種類型計算機都有自己的指令系統(tǒng)。主要包括：

（1）MCS-51單片機指令系統(tǒng)的尋址方式；（2）MCS-51單片機的指令系統(tǒng)；（3）MCS-51單片機的偽指令。

3．1MCS-51單片機指令系統(tǒng)概述

指令是使計算機完成某種操作的命令。計算機能夠執(zhí)行的全部操作所對應(yīng)的指令集合，稱為該計算機的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)全面展示出了計算機的操作功能，也就是它的工作原理；從用戶使用的角度看，指令系統(tǒng)是提供用戶使用計算機功能的軟件資源。

3．1．1概述

指令一般由功能、時間和空間三種屬性。功能屬性是指每條指令所對應(yīng)一個特定的操作功能；時間屬性是指一條指令執(zhí)行所用的時間，一般用機器周期來表示；空間屬性是指一條指令在程序存儲器中存儲所占用的字節(jié)數(shù)。這三種屬性在使用中最重要的是功能，但時間、空間屬性在有些場合也要用到。

MCS-51單片機指令系統(tǒng)具有功能強、指令短、執(zhí)行快等特點，共111條指令。從功能上可劃分為數(shù)據(jù)傳送類指令、算術(shù)運算類指令、邏輯操作類指令、控制轉(zhuǎn)移類指令、位操作類指令；從空間屬性上分為單字節(jié)指令（49條）、雙字節(jié)指令（46條）和最長的三字節(jié)指令（16條）；從時間屬性上可分為單機器周期指令（64條）、雙機器周期指令（45條）和只有乘、除兩條4個機器周期的指令。3．1．2指令格式

在指令系統(tǒng)中，不同的指令描述了不同的操作，但在結(jié)構(gòu)上，每條指令通常由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。操作碼表示計算機執(zhí)行該指令將進行何種操作；操作數(shù)表示參加操作的數(shù)的本身或操作數(shù)所在的地址。MCS-51單片機的指令匯編語言指令有如下格式：

[標號：]操作碼[操作數(shù)1]，[操作數(shù)2]，[操作數(shù)3]；注釋

3．1．3操作數(shù)的類型

操作數(shù)的類型有三種：立即數(shù)、寄存器操作數(shù)、存儲器操作數(shù)。1．立即數(shù)2．寄存器操作數(shù)3．存儲器操作數(shù)

3．1．4MCS-51匯編語言描述約定

Rn、Direct、@Ri#data、#data16、

addr16、addr11、Relbit、/bit、DPTR、A、

B、C(X)、((X))

3．2尋址方式

3．2．1概述

尋址就是尋找指令中操作數(shù)或操作數(shù)所在的地址。

MCS-51單片機尋址方式有8種：立即尋址、寄存器尋址、直接尋址、寄存器間接尋址、基寄存器加變址寄存器間接尋址、相對尋址、位尋址、頁面尋址。

3．2．2尋址方式說明

1．立即尋址

指令中給出的是一個具體的數(shù)值，操作時是對該數(shù)據(jù)操作。

2．寄存器器尋址

指令中給出的是某一寄存器的名字，操作時是將該寄存器中的內(nèi)容取出來進行操作。

3．直接尋址

指令中給出的是某一存儲單元地址，操作時是對該單元中的內(nèi)容進行操作。該地址指出了參如運算或傳送的數(shù)據(jù)所在的字節(jié)單元或位的地址。

4．寄存器間接尋址

指令中給出的是某一寄存器的名字，操作時是以該寄存器中的內(nèi)容為地址，將該地址中的數(shù)據(jù)取出來進行操作。

5．基寄存器加變址寄存器間接尋址

指令中給出的是某一基寄存器（數(shù)據(jù)指針DPTR或PC）和某一變址寄存器（累加器A），操作時以給出的基寄存器和變址寄存器中的內(nèi)容之和為地址，將該地址中的數(shù)據(jù)取出來進行操作。

6．相對尋址

相對尋址是以當(dāng)前程序計數(shù)器PC值

加上指令中給出的偏移量rel，而構(gòu)成實際操作數(shù)地址的尋址方式。7．位尋址位尋址是在位操作指令中直接給出位操作數(shù)的地址，可以對片內(nèi)RAM中的128位和特殊功能寄存器SFR中的93位進行尋址。

總結(jié)：（1）對程序存儲器只能采用立即尋址和基寄存器加變址寄存器間接尋址方式。（2）對特殊功能寄存器空間只能采用直接尋址（可以用符號來代表地址），不能采用寄存器間接尋址方式。（3）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器高128字節(jié)，整個能采用寄存器間接尋址方式，不能采用直接尋址方式。（4）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器低128字節(jié)既能采用寄存器間接尋址方式，又能采用直接尋址方式。（5）外部擴展的數(shù)據(jù)存儲器只能采用MOVX指令來訪問。

3．3MCS-51的指令系統(tǒng)

MCS-51單片機指令系統(tǒng)共42種操作助記符，用來描述33種操作功能，由111條指令組成。MCS-51指令系統(tǒng)按功能來分類如下：數(shù)據(jù)傳送類指令（29條）、算術(shù)運算類指令（24條）、邏輯運算類指令（24條）、控制轉(zhuǎn)移類指令（17條）、位操作類指令（17條）。

3．3．1數(shù)據(jù)傳送類指令

傳送類指令是指令系統(tǒng)中最活躍、使用最多的一類指令，主要用于數(shù)據(jù)的保存及交換等場合，共29條。按其操作方式，又可把它們分為三種：數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)交換和棧操作。助記符：MOV、MOVX、MOVC、XCH、XCHD、SWAP、PUSH、POP。

(1)以累加器A為目的操作數(shù)的指令(2)以Rn為目的操作數(shù)的指令(3)以直接地址為目的操作數(shù)的指令

(4)以間接地址為目的操作數(shù)的指令(5)16位數(shù)據(jù)傳送指令(6)查表指令(7)累加器A與片外RAM數(shù)據(jù)傳送指令(8)堆棧操作(9)字節(jié)交換指令(10)半字節(jié)交換指令3．3．2算術(shù)運算類指令

MCS-51單片機算術(shù)運算類指令包括加、減、乘、除基本四則運算和增量（加1）、減量（減1）運算。執(zhí)行結(jié)果將使進位（Cy）、輔助進位(AC)、置位或復(fù)位，但加1和減1指令不影響以上標志。

(1)不帶進位的加法指令(2)帶進位的加法指令(3)帶借位的減法(4)增量（加1）指令(5)減量（減1）指令(6)十進制調(diào)整指令(7)乘法指令(8)除法指令3．3．3邏輯運算類指令

MCS-51單片機邏輯運算類指令包括清除、求反、移位及與、或、異或等操作。這類指令有：CLR、CPL、RL、RLC、RR、RRC、ANL、ORL、XRL，共9種操作助記符

(1)兩個操作數(shù)的邏輯與指令(2)兩個操作數(shù)的邏輯或指令(3)兩個操作數(shù)的邏輯異或指令(4)對累加器A的單操作數(shù)的邏輯操作指令3．3．4控制轉(zhuǎn)移類指令

MCS-51提供了豐富的控制轉(zhuǎn)移類指令，包括無條件轉(zhuǎn)移、條件轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回指令等。這類指令有AJMP、LJMP、SJMP、JMP、JZ、JNZ、CJNZ、DJNZ、ACALL、LCALL、RET、RETI、NOP，共13種操作助記符，

(1)無條件轉(zhuǎn)移指令絕對短跳轉(zhuǎn)AJMPaddr11長跳轉(zhuǎn)指令

LJMPaddr16相對短跳轉(zhuǎn)指令SJMPrel間接跳轉(zhuǎn)指令JMP@A+DPTR(2)條件轉(zhuǎn)移指令判零跳轉(zhuǎn)指令比較不相等跳轉(zhuǎn)指令減1不為0跳轉(zhuǎn)(3)調(diào)用和返回指令絕對調(diào)用指令

ACALLaddr11

長調(diào)用指令

LCALLaddr16

子程序返回指令RET中斷返回指令RETI(4)空操作指令NOP3．3．5位操作類指令

MCS-51系列單片機內(nèi)有一個布爾處理機，它具有一套處理位變量的指令集，它以進位標志Cy作為累加器C，以RAM地址20H～2FH單元中的128位和地址為8的倍數(shù)的特殊功能寄存器的位地址單元作為操作數(shù)，進行位變量的傳送、位狀態(tài)控制、修改和位邏輯操作等操作。這類指令的助記符有：MOV、CLR、CPL、SETB、ANL、ORL、JC、JNC、JB、JNB、JBC，共11種操作助記符

(1)位數(shù)據(jù)傳送指令(2)位變量修改指令(3)位變量邏輯與、或指令(4)位變量條件轉(zhuǎn)移指令3．4偽指令

匯編程序?qū)τ脜R編語言寫的源程序進行匯編時，還要提供一些匯編用的指令，例如要指定程序或數(shù)據(jù)存放的起始地址；要給一些連續(xù)存放的數(shù)據(jù)確定單元等等。但是，這些指令在匯編時并不產(chǎn)生目標代碼