第3章80C51单片微机的指令系统

第3章80C51单片微机的指令系统 2 主要内容 重点 和难点 寻址方式 立即寻址 直接寻址 寄存器寻址 寄存器间址 变址寻址 相对寻址和位寻址 数据传送指令 内部数据传送指令 外部数据传送指令 堆栈操作指令 和数据交换指令 算术逻辑运算和移位指令 算术运算指令 逻辑运算指令和移位指令 控制转移和位操作指令 无条件转移指令 条件转移指令 调用和返回指令 位传送指令 位置位和清零指令 位运算指令和位控制转移指令 3 3 1概述 1 指令格式80C51单片机采用的指令格式 例 1 NOP 2 ADDA 05H 2 INCDPTR 4 CJNEA data rel 4 2 指令的三种形式二进制形式十六进制形式助记符形式 机器指令 汇编指令 5 3 指令的字节数 1 单字节指令 49条 操作码和操作数只占用1个字节 无操作数单字节指令其机器码中只有一个字节的操作码 而没有操作数 操作数是隐含在操作码中的 例 INCDPTR指令的机器码为 10100010 6 含有操作数寄存器号的单字节指令机器码中有操作码段和专门用来指示操作数所存寄存器单元的字段组成 例 MOVA Rn A Rn 11101rrr 7 2 双字节指令 46条 机器码占用两个字节 操作码在前 操作数在后 操作数可以是立即数 即指令码中的数据本身 也可以是操作数所在的片内RAM地址 MOVA data A data 8 3 三字节指令 16条 机器码的第一字节为操作码 第二和第三字节为操作数或操作数地址 MOVDPTR data16 ADDdirect data CJNEA data rel LCALLaddr16 9 4 指令的分类80C51单片机的指令 按功能可以分为5类 数据传送指令 算术运算指令 逻辑操作和环移指令 控制转移指令和位操作指令等 1 数据传送指令 28条 功能 主要用于单片机片内RAM和SFR之间传送数据 也可以用于单片机片内和片外存储单元之间传送数据 特点 把源地址中操作数传送到目的地址 或目的寄存器 该类指令执行后 源地址中的操作数不会发生改变 10 2 算术运算指令 24条 功能 用于对两个操作数进行加 减 乘 除等算术运算 在两个操作数中 一个应放在累加器A中 另一个可以在某个寄存器或片内RAM单元中 也可以存放在指令码的第二和第三字节中 3 逻辑操作和环移指令逻辑操作指令用于对两个操作数进行逻辑乘 逻辑加 逻辑取反和异或等操作 大多数指令也需要把两个操作数中的一个预先放入累加器A 操作结果也在累加器A中 环移指令用于对累加器A中的数进行环移 环移指令有左环移和右环移之分 也有带Cy和不带Cy之分 11 4 控制转移指令 17条 分为条件转移 无条件转移 调用和返回等指令 特点是可改变程序执行的流向 或者是使CPU转移到另一处执行 或者是继续顺序地执行 5 位操作指令 17条 共分为位传送 位置位 位运算和位控制转移指令等四类 位传送 位置位和位运算指令的操作数不是以字节为单位进行操作 而是以字节中的某位为单位进行操作 位控制转移指令不是以检测某个字节为条件而转移 而是检测字节中的某一位的状态来转移 12 5 指令系统综述指令的集合或全体称为指令系统 是CPU的重要性能标志 不同系列的单片机 其指令系统也不相同 但同一系列单片机 其指令系统大多兼容 80C51的指令系统共包含有111条指令 1 符号说明除操作码段采用了42种助记符以外 还在源操作数和目的操作数段中使用了一些符号 典型符号的含义归纳如下 Rn 工作寄存器 R0 R7中的一个 data 8位立即数 取值范围 00H FFH data16 16位立即数 取值范围 0000H FFFFH 13 direct 8位直接地址 取值范围00H FFH和SFR Ri 8位间址寄存器 i 0或1 DPTR 16位间址寄存器 用于访问片外寄存器bit 位地址addr11 11位目标地址addr16 16位目标地址rel 8位带符号地址偏移量 128 127 当前指令的地址 2 指令对标志位的影响对PSW中各标志位无影响的指令对PSW中某些标志位有影响的指令 14 3 2寻址方式 寻址方式 寻找操作数的方法 80C51共有七种寻址方式 寄存器寻址直接寻址立即寻址寄存器间址变址寻址相对寻址位寻址 15 1 寄存器寻址特点 操作数位于某个寄存器单元 对80C51系列单片机而言 寄存器寻址的寻址范围 32个通用寄存器 4个工作寄存器组 地址范围为00H 1FH 当前工作寄存器组由PSW中RS1 RS0位的状态而确定 部分特殊功能寄存器SFR 如累加器A 通用寄存器B 数据指针DPTR等 INCRn 16 PC 程序存储器 rrr 000B 00H 片内RAM 10H PSW RS1RS0 10B INCR0 24H 1 25H 17 PC 程序存储器 MOVA 88H 88H A E0H 18 2 直接寻址特点 指令码中给出的是操作数地址 常以direct表示 80C51系列单片机可直接寻址的地址空间主要有 片内RAM的低128个字节 SFR 3AH 片内RAM 累加器A MOVA 3AH 88H 88H E0H 19 注 指令助记符中的direct是操作数所在存储单元的物理地址 由两位十六进制数码表示 当直接寻址为SFR时 即可用物理地址表示 也可用其符号表示 指令系统中 累计器A ACC和E0H等三种表示方式 分属于两种不同的寻址方法 但指令的执行效果相同 在指令系统中 字节地址和位地址是有区别的 前者用direct表示 后者用bit表示 20 3 立即寻址特点 CPU所需寻址的操作数直接包含在指令字节中 常以 对该操作数加以标识 该操作数也称为立即数 可以是二进制8位或16位 通常用 data或 data16表示 MOVA 7AH A 7AHMOVDPTR 1234H DPH 12H DPL 34HADD30H 30H direct direct 30H 21 4 寄存器间接寻址特点 寄存器中存放的是操作数地址 用 加以标识 间址寄存器采用 Ri或 DPTR表示 寻址空间有 Ri 主要用于寻址片内或片外RAM的256个单元 DPTR 寻址外部ROM RAM的全部64K个存储单元 不能用于访问特殊功能寄存器SFR 22 MOVA R0 A R0 MOVA R0 A R0 R0 A 3AH 3AH 片内RAM 3AH R0 A 3AH 65H 65H 23 5 变址寻址该寻址方式常用于访问ROM中的数据表格 其特点 1 指令操作码含有作为基地址寄存器用的DPTR或PC 2 指令操作码含有累加器A A中应预先存放被寻址操作数地址对基地址之间的偏移量 3 指令执行时 单片机先将基地址和地址偏移量相加以形成操作数地址 然后获得操作数 MOVCA A DPTRMOVCA A PC PC当前值 8位无符号数 24 例 已知片外ROM的0302单元中有一常数X 现欲将其送到累加器A 试编写相应的程序 解 1 选DPTR作为基址寄存器 则基地址取0300H 地址偏移量取02H MOVDPTR 0300HMOVA 02HMOVCA A DPTR 2 选PC作为基址寄存器ORG0200HMOVA 00HADDA FDHMOVCA A PC 25 A 02H 0302H ROM 0000H DPTR 计算操作数地址 获取操作数 并送入A X X 26 6 相对寻址该寻址方式一般用在相对转移指令中 其特点 转移的目标地址由PC当前值和指令中给出的8位相对偏移量rel共同形成 目标地址 PC当前值 偏移量 1 双字节转移类指令 6条 2 三字节转移类指令 7条 基地址 与该条转移类指令相邻的下一条指令的起始地址 8位带符号数 128 127 27 2000H8054HSJMPrel PC PC 2 rel A 2056H 程序存储器 0000H 2000H 2002H 2001H 54H PC 28 7 位寻址80C51系列单片机具有位处理功能 可对特定数据位进行操作 其位寻址的空间有 片内RAM的位寻址区 其字节地址为20H 2FH 共16 8 128位 其位地址为00H 7FH 某些SFR 其特征是物理地址能被8整除 离散的分布在80H FFH内 位地址的表示方法 直接使用物理位地址MOVC 7FH字节地址加位MOVC 2FH 7可位寻址的SFR允许直接采用寄存器名加位数的表示方法MOVC ACC 7经伪指令定义过的字符名称A1BIT00HMOVC A1 29 3 3数据传送指令 在80C51单片机中 数据传送是最基本和最主要操作 数据传送操作可以在片内RAM和SFR内进行 也可以在累加器A和片外存储器之间进行 一般不会影响标志位的状态 数据传送指令共有28条 分为内部数据传送指令 外部数据传送指令 堆栈操作指令和数据交换指令四类 30 1 内部数据传送指令 15条 特点 操作数均位于单片机内部 其格式为 MOV目的操作数 源操作数 1 以累加器A为目的操作数MOVA directMOVA dataMOVA RnMOVA Ri 31 2 以寄存器Rn为目的操作数MOVRn directMOVRn dataMOVRn A 3 以直接地址为目的操作数MOVdirect1 direct2MOVdirect dataMOVdirect AMOVdirect RnMOVdirect Ri 32 4 以间接地址为目的操作数MOV Ri directMOV Ri dataMOV Ri A 33 2 外部数据传送指令 7条 1 16位数据传送指令MOVDPTR data16 2 访问外部ROM的传送指令MOVCA A DPTRMOVCA A PC例 已知累加器A中有一个0 9之间的整数 试用查表指令编写查找出该数平方值的程序 解 确定平方表 并设其首地址为2000H 如图所示 34 1 采用DPTR作为基址寄存器MOVDPTR 2000HMOVCA A DPTR 2 采用PC作为基址寄存器ORG1FFBH1FFBH24dataADDA data1FFDH83HMOVCA A PC1FFEH80FEHSJMP PC当前值 data 平方表首址 取数地址 基地址 偏移量 表首址 索引值 35 3 访问外部RAM的传送指令MOVXA RiMOVX Ri AMOVXA DPTRMOVX DPTR A例 已知外部RAM的88H单元中有一数X 试编写程序将X送到外部RAM的1818H单元中 解 ORG2000HMOVR0 88HMOVDPTR 1818HMOVXA R0MOVX DPTR ASJMP END 36 3 堆栈操作指令PUSHdirect SP SP 1 SP direct POPdirect direct SP SP SP 1特点 1 操作数的寻址方式必须是直接寻址 2 Rn和A不能直接在指令中 A用ACC代替 Rn用其物理地址 3 均为双字节指令 操作码和操作数分别占用一个字节 37 例 读程序段 分析其功能MOVSP 70HMOVA 100MOVB 20PUSHACCPUSHBPOPACCPOPB 38 片内RAM 片内RAM 70H 71H 72H 70H 71H 72H SP 栈底 100 20 SP SP A B 100 20 SP SP SP B A 20 100 栈底 20 100 a b 39 4 数据交换指令XCHA Rn A Rn Rn A XCHA Ri A Ri Ri A XCHA direct A direct direct A XCHDA Ri A3 0 Ri 3 0 Ri 3 0 A3 0 例 已知外部RAM的20H单元中有一个数X 内部RAM的20H单元中有一个数Y 试编出可以使它们相互交换的程序 40 MOVR1 20H R1 20HMOVXA R1 A XXCHA R1 A Y 20H XMOVX R1 A 20H 片外RAM Y例 已知50H中有一个0 9之间的数 试编程将其变为相应的ASCII码 1 采用半字节交换指令MOVR0 50HMOVA 30HXCHDA R0MOV R0 A 2 采用加法指令MOVA 30HADDA 50HMOV50H A 41 3 4算术与逻辑运算和移位指令 这类指令中 大多数指令都要用累加器A来存放一个操作数 另一个操作数可以存放在任何一个工作寄存器Rn或片内RAM单元中 也可以是指令码中的一个立即数 在执行指令时 CPU总是根据指令码中的源操作数地址找到源操作数和累加器A中操作数进行相应操作 并把操作结果保留在累加器A中 因此 累加器A既可以看作是一个源操作数寄存器 也可以认作目的操作数寄存器 42 1 算术运算指令 24条 类型 加法 减法 十进制调整 乘法和除法等五种类型 1 加法指令 13条 不带Cy加法指令 4条 ADDA Rn A A Rn ADDA direct A A direct ADDA Ri A A Ri ADDA data A A data 43 例 试分析8051执行如下指令后累加器A和PSW中各标志位的变化状况 MOVA 19H A 19HADDA 66H A A 66H例 试分析8051执行如下指令后累加器A和PSW中各标志位的变化状态 MOVA 5AH A 5AHADDA 6BH A A 6BH 44 带Cy的加法指令 4条 ADDCA Rn A A Rn CyADDCA direct A A direct CyADDCA Ri A A Ri CyADDCA data A A data Cy例 已知 A 85H R0 30H 30H 11H 31H FFH Cy 1 试问CPU执行如下指令后累加器A和Cy中的值是多少 ADDCA R0 ADDCA 31H ADDCA R0 ADDCA 85H 多字节加法运算 45 加1指令 5条 INCA A A 1INCRn Rn Rn 1INCdirect direct direct 1INC Ri Ri Ri 1INCDPTR DPTR DPTR 1例 已知M1和M2单元中存放有两个16位无符号数X1和X2 低8位在前 高8位在后 试写出X1 X2并把结果放在M1和M1 1单元 低8位在M1单元 高8位在M1 1单元 的程序 设两数之和不会超过16位 46 ORG0500HMOVR0 M1 X1的起始地址送R0MOVR1 M2 X2的起始地址送R1MOVA R0 A X1的低8位ADDA R1 A X1低8位 X2低8位 形成CyMOV R0 A 和的低8位存入M1INCR0 修改地址指针R0INCR1 修改地址指针R1MOVA R0 A X1的高8位ADDCA R1 A X1高8位 X2高8位 CyMOV R0 A 和的高8位存入M1 1SJMP END 47 2 减法指令 8条 带Cy的减法指令 4条 SUBBA Rn A A Rn CySUBBA direct A A direct CySUBBA Ri A A Ri CySUBBA data A A data Cy例 试判断8031执行如下程序后累加器A和PSW中各标志位的状态 CLRCMOVA 52HSUBBA 0B4H 48 减1指令DECA A A 1DECRn Rn Rn 1DECdirect direct direct 1DEC Ri Ri Ri 1例 已知 A DFH R1 40H R7 19H 30H 00H 40H FFH 试问执行如下指令后累加器A和PSW中各标志位状态如何 DECA DECR7 DEC30H DEC R1 49 解 A DEH P 0 R7 18H PSW不变 30H FFH PSW不变 40H FEH PSW不变例 编程求两个16位数之差 差也是16位 解 被减数存M1和M1 1单元 减数存M2和M2 1单元 且均是低8位在后 高8位在前 ORG0300HMOVRO M1 1MOVR1 M2 1CLRCMOVA R0SUBBA R1MOV R0 A DECR0DECR1MOVA R0SUBBA R1MOV R0 ASJMP END 50 3 十进制调整指令DAA 若AC 1或A3 0 9 则A A 06H 若Cy 1或A7 4 9 则A A 60HBCD加法ALU只能进行二进制加法运算 低4位向高4位是逢16进1 为实现BCD加法就要对加法结果进行调整 使其变成BCD数 逢10进1 BCD减法BCD减法可采用以下方法 求减数补码 被减数 减数补码 对所得两数之和进行BCD调整 51 例 试写出能完成85 59的BCD加法程序 并对其工作过程进行分析 解 ORG1000HMOVA 85HADDA 59HDAASJMP END 52 例 写出91 34 57的BCD减法程序 解 ORG1000HCLRCMOVA 9AHSUBBA 34HADDA 91HDAASJMP END 53 4 乘法和除法指令MULABDIVAB例 已知两个8位无符号数分别存放在30H和31H单元中 试编写两数相乘且将积的低8位存入32H单元 高8位存入33H单元的程序 解 54 ORG0100HMOVR0 30H R0 第一个乘数地址MOVA R0 A 第一个乘数INCR0 修改乘数地址MOVB R0 B 第一个乘数MULAB A B BAINCR0 修改目标单元地址MOV R0 A 积的低8位 32HINCR0 修改目标单元地址MOV R0 B 积的高8位 33HSJMP END 55 2 逻辑运算指令 20条 1 逻辑与指令 6条 ANLA Rn A A Rn ANLA direct A A direct ANLA Ri A A Ri ANLA data A A dataANLdirect A A direct A ANLdirect data A direct data用途 可从一个字节中取出某些位 56 例 已知数59H存于片内RAM的M1单元 试编程取出其高4位 并存于M1单元 解 ORG0100HMOVA M1ANLA 0F0HMOVM1 ASJMP END ORG0100HMOVR0 M1MOVA 0F0HANLA R0MOVM1 ASJMP END 57 2 逻辑或指令 6条 ORLA Rn A A Rn ORLA direct A A direct ORLA Ri A A Ri ORLA data A A dataORLdirect A direct direct A ORLdirect data direct direct data用途 将一个字节中某些位置1 例 设A 55H P1 97H 试通过编程将累加器A中的低4位送入P1口低4位 P1口高位不变 58 解 ORG0100HMOVR0 A R0 A R0 55HANLA 0FH A 55H 0FH A 05HANLP1 0F0H P1 97H F0H P1 90HORLP1 A P1 90H 05H P1 95HMOVA R0 A R0 A 55HSJMP END 59 3 逻辑异或指令 6条 XRLA Rn A A Rn XRLA direct A A direct XRLA Ri A A Ri XRLA data A A dataXRLdirect A direct direct A XRLdirect data direct direct data用途 将一个字节中某几位取反 例 已知外部RAM30H单元中有一数ABH 试编出使其高4位不变 低4位取反的程序 60 解 ORG0100HMOVR0 30H 地址30H送入R0MOVXA R0 A ABHXRLA 0FH A ABH 0FH A4HMOVX R0 A 结果送回30H单元SJMP END 61 4 累加器清零和取反指令80C51单片机中 累加器清零和取反指令各有1条 均是单字节单周期指令 虽然采用数据传送或逻辑异或指令也同样可以使累加器A清零或取反 但它们至少需要两个字节 CLRA A 0CPLA A 取反指令常用于求取某个存储单元或存储区域中的带符号数的补码 62 例 若 30H X 且X为负数的原码 求其补码 解 ORG1000HMOVA 30H A X CPLA A中内容取反INCA 取反后的内容加1MOV30H A 结果送回SJMP END 63 3 移位指令 5条 RLA RRA RLCA RRCA SWAPA 64 用途 对某数扩大 缩小一倍 代码转换 例 已知A 35H Cy 1 试问执行如下指令后的A中的内容为多少 RRA RLA RRCA RLCA SWAPA 0 0 1 1 0 1 0 1 A 65 例 已知M1和M1 1单元中有一个16位的二进制数 M1中为低位 请编程将该数扩大为原来的二倍 设扩大后的结果小于65536 ORG1000HCLRCMOVR1 M1MOVA R1RLCAMOV R1 A INCR1MOVA R1RLCAMOV R1 ASJMP END 解 66 例 编程完成如下代码转换 M1 ORG0200HMOVR0 M1 1MOVA R0SWAPADECR0 ORLA R0MOV R0 ASJMP END 67 控制转移类指令的操作对象是PC中的地址 以改变程序执行流向为目的 位操作指令的操作对象是字节中的某一位 1 控制转移指令 17条 1 无条件转移指令 4条 LJMPaddr16 PC addr16寻址范围 64KB 3 5控制转移和位操作指令 68 ORG0000HLJMPUSER ORG1000HUSER MOVA 05H ENDAJMPaddr11 PC PC 2 PC10 PC0 addr11 操作码 69 ORG0800HAJMPLOOP ORG0FF0HLOOP MOVA 08H END ROM PC PC 1 PC 2 1024 1023 70 SJMPrel PC PC 2 PC PC rel转移范围 操作码 地址偏移量 ROM PC PC 1 PC 2 128 127 SJMP指令地址偏移量rel的计算 71 2 条件转移指令 8条 累加器A判零转移指令 2条 JZrel 若A 0 则PC PC 2 rel 若A 0 则PC PC 2JNZrel 若A 0 则PC PC 2 rel 若A 0 则PC PC 2实例 72 比较条件转移指令 4条 CJNEA data rel 若A data 则PC PC 3 若A data 则PC PC 3 rel 形成Cy标志位CJNEA direct rel 若A direct 则PC PC 3 若A direct 则PC PC 3 rel 形成Cy标志位CJNERn data rel 若Rn data 则PC PC 3 若Rn data 则PC PC 3 rel 形成Cy标志位 73 CJNE Ri data rel 若 Ri data 则PC PC 3 若 Ri data 则PC PC 3 rel 形成Cy标志位说明 Cy的形成原则为 若A B 0 则Cy 0若A B 0 则Cy 1实例 74 减1条件转移指令 2条 DJNZRn rel 若 Rn 1 0 则PC PC 2 若 Rn 1 0 则PC PC 2 relDJNZdirect rel 若 direct 1 0 则PC PC 3 若 direct 1 0 则PC PC 3 rel用途 判断循环是否结束实例 75 3 子程序条用和返回指令 4条 子程序 功能完整 通用性好 可多次调用 使用子程序调用可缩短程序开发周期 缩短用户程序长度 调用指令的作用 断点地址 PC中内容 压入堆栈中 然后转入子程序的第一行指令开始执行 返回指令的作用 堆栈中的断点地址送入PC 子程序嵌套 76 调用指令 2条 ACALLaddr11 PC PC 2 SP SP 1 SP PC7 PC0 SP SP 1 SP PC15 PC8 PC10 0 addr11目标地址 PC15 11 PC 2 15 11 PC10 0 addr11实例 77 LCALLaddr16 PC PC 3 SP SP 1 SP PC7 PC0 SP SP 1 SP PC15 PC8 PC addr16 addr16 0000H FFFFH 78 返回指令 2条 子程序返回指令RET PC15 PC8 SP SP SP 1 PC7 PC0 SP SP SP 1中断返回指令RETI PC15 PC8 SP SP SP 1 PC7 PC0 SP SP SP 1实例 79 4 空操作指令 1条 NOP PC PC 1已知8031的晶振频率为12MHz 试计算执行如下程序需要的时间 ORG1000HDELAY MOVR2 250DELAY1 MOVR3 38NOPDELAY2 DJNZR3 DELAY2DJNZR2 DELAY1RET 机器周期数111222 80 解 根据晶振频率计算机器周期T 计算程序所用机器周期数 38 2 4 250 3 20003运行该程序需要的时间 20003 1 s 20 003ms 81 2 位操作指令 17条 又称为布尔操作指令 其操作对象 片内RAM低128个单元中的20H 2FH单元的16 8 128位 22个SFR中的11个 共83位 1 位传送指令 2条 MOVC bit Cy bit MOVbit C bit Cy实例 82 2 位复位 置位指令 4条 CLRC Cy 0CLRbit bit 0SETBC Cy 1SETBbit bit 1例 编程实现如下16位数左环移一次 83 3 位运算指令 6条 ANLC bit Cy Cy bit ANLC bit Cy Cy bit的非ORLC bit Cy Cy bit ORLC bit Cy Cy bit的非CPLC Cy取反CPLbit bit取反实例 84 4 位控制转移指令 5条 以Cy中内容为条件的转移指令 2条 JCrel 若Cy 0 则PC PC 2 若Cy 1 则PC PC 2 relJNCrel 若Cy 0 则PC PC 2 rel 若Cy 1 则PC PC 2实例 85 以位地址中内容为条件的转移指令JBbit rel 若bit 0 则PC PC 3 若bit 1 则PC PC 3 relJNBbit rel 若bit 0 则PC PC 3 rel 若bit 1 则PC PC 3JBCbit rel 若bit 0 则PC PC 3 若bit 1 则PC PC 3 rel 且bit 0实例 86 例 有如下程序 试计算SJMPSTART指令码中的rel ORG1000H1000H7401HSTART MOVA 01H1002HF8HMOVR0 A1003H90CF01HLOOP DPTR 0CF01H 1017H80relSJMPSTART END 87 解 目标转移地址 基地址 relrel 目标转移地址 基地址 1000H 1017H 2 25 25 补码 E7H 88 分析下面程序段功能 ORG1000HMOVDPTR DATA1MOVR0 DATA2LOOP MOVXA DPTRHERE JZHEREMOV R0 AINCDPTRINCR0SJMPLOOPEND 89 已知 A X 请编程完成 若X 9 则NEXT 若X 9 则连续执行程序 ORG1000HCJNEA 0AH NEXT1 形成CyNEXT1 JNCNEXT Cy 0 则NEXT Cy 1 则连续执行 NE