单片机原理及应用03第三章MCS-51指令系统

03第三章MCS-51指令系统3.1指令系统概述3.2寻址方式3.3指令系统1MCS-51系列单片机指令基本情况51系列单片机指令集含有111条指令每条指令在程序存储器ROM中占据一定空间，以字节为单位按指令所占字节数分类：

单字节(49条);双字节(46条);3字节(16条)

每条指令在执行时要花去一定的时间，以机器周期为单位按指令执行时间分类：单周期(64条);双周期(45条);4周期(2条)按指令的功能分类，可分为5大类：

数据传送类（29条）；算术运算类（24条）

逻辑运算及移位类（24）；控制转移类（17条）

位操作类（17条）

第三章节MCS-51指令系统2ASM-51指令格式51系列单片机采用ASM-51指令格式,格式如下:[标号:]操作码

[目的操作数][,源操作数][;注释]其中包含:方括符[]表示可选项标号代表指令所在地址，1-8个字母/数字，“:”结尾操作码就是指令功能助记符，指令实体目的操作数源操作数注释，以“;”开头3第一节MCS-51系列单片机寻址方式寻址方式:计算机指令中操作数(按地址)获取的方式MCS-51系列单片机提供了7种寻址方式,如果一条指令中包含多个操作数,就可能用到一种以上的寻址方式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、变址寻址6、相对寻址7、位寻址41、立即寻址(一)在指令中直接给出操作数的寻址方式称为立即寻址。这个操作数叫立即数，如指令：

MOVA,#3AH该指令是将立即数3AH送累加器，由于MCS-51单片机的片内存储器是8位存储器，因此立即数一般为8位二进制数。在MCS-51的指令系统中，用#来识别立即数。74HA

操作码立即数程序存储器PCPC+13AH3AH51、立即寻址(二)在有的指令中，也会用到16位立即数，如：MOVDPTR,#0123H该指令是将16位立即数0123H送数据指针DPTR(用于对16位地址的存储器寻址)，DPTR由两个特殊功能寄存器DPH和DPL组成，在后面的寻址方式中会使用到DPTR。90H01H23H01H23HPCPC+1PC+2操作码高位立即数低位立即数程序存储器SFRDPHDPL62、直接寻址在指令中直接给出操作数地址的寻址方式称为直接寻址，直接寻址何以寻址特殊功能寄存器、内部RAM(128字节)和位地址，如：MOVA,70H;A←(70H)该指令是将RAM单元70H(地址)的内容送累加器。74H70HPCPC+1操作码直接地址程序存储器内部RAM70HAXXXX73、寄存器寻址在指令的操作码中包含了某一工作寄存器的地址(Rn：R0—R7)，而操作数则存放在该寄存器中，如：MOVA,R5;A←(R5)该指令是将R5的内容送累加器。101PC操作码程序存储器内部RAMR5AXXXXR6R7110184、寄存器间接寻址在指令的操作码中包含了某一工作寄存器的地址(可用作地址指针的工作寄存器是@Ri：R0、R1)，而操作数地址则存放在该寄存器中，如：MOVA,@R1;A←((R1))该指令是将R1的内容送作为地址，将该地址所对应的RAM单元的内容送累加器。1PC操作码程序存储器内部RAMR1AXX68H111001XX68H95、变址寻址将PC或DPTR的值作为基地址，将Acc的值作为变址地址，二者向加得到的值作为操作数的地址，如：MOVA,@A+DPTR;A←((A)+(DPTR))这种寻址方式一般用于常数表，DPTR的内容为表头地址，Acc的内容就是数据在表中的位置。PC操作码程序存储器SFRA100100111EH02HALU030FHXXDPHDPLF1H02F1H02F1H+1EH=030FHXX106、相对寻址(一)相对寻址以PC当前值(PC当前值是执行完指令后的值，也就是当前指令的PC值+指令所占的字节数)作为基地址，与指令中给定的偏移量rel相加，所得的结果作为程序的转移地址，指令中的偏移量rel是一个用补码表示的8位带符号数。相对寻址用于相对转移指令中，如：

JZ30H;当A=0时，PC←PC+2+rel

当A≠0时，PC←PC+2//程序顺序执行该指令以累加器Acc的值是否为0为转移条件，如果为Acc的值0则转移，如果Acc的值不为0则程序顺序执行。程序的执行过程见相对寻址(二)。在MCS-51的指令系统中，相对转移指令多为2字节指令，因此目的地址一般是PC+2+rel；如果是3字节指令，目的地址是PC+3+rel。偏移量rel是一个8位带符号数，因此程序转移的范围在PC当前值的+127—-128之间。116、相对寻址(二)60HPC操作码程序存储器PC0102HALU30HXX0100HPC+10101HPC+20102HPC0123H偏移量0102H+30H=0132Hrel=30H0132H127、位寻址MCS-51系列单片机中有专用的位运算指令，可以对位寻址区的每一个位进行数据传送、逻辑运算等操作，如：MOVC,07H;C←(07H)该指令属于位操作指令，作用是将位地址为70H的位单元(字节地址20H单元的D7位)传送到位累加器C中。PC操作码程序存储器C20HA2H00PC+107HPSWX07SFRX13MCS-51指令集(包含5大类功能)1、数据传送类指令：(29条)2、算术运算类指令：(24条)3、逻辑运算及移位类指令：(24条)4、控制转移类指令：(17条)5、位操作指令：(17条)141、数据传送类指令(一)片内数据存储器间传送：(MOV—16条)片外数据存储器送累加器：(MOVX—4条)程序存储器送累加器：(MOVC—2条)数据交换：(XCH,XCHD,SWAP—5条)数据交换：(PUSH,POP—2条)151、数据传送类指令(二)片内数据存储器间传送：(MOV—16条)MOV类指令带有两个操作数,前一个是目的地址，后一个是源操作数。作用是将源操作数送目的地址，如：MOVA,30H;A←(70H)

AccDirect直接寻址@Ri间接寻址Rn寄存器寻址#data立即数161、数据传送类指令(三)片外数据存储器数据送累加器：(MOVX—4条)MOVX类指令可以在累加器和@Ri或@DPTR(@Ri为8位地址；@DPTR为16位地址)所指向的外部数据存储器间相互传送数据，具体指令有：MOVXA,@Ri;A←((Ri))MOVXA,@DPTR;A←((DPTR))MOVX@Ri,A;((Ri))←AMOVX@DPTR,A;((DPTR))←A

171、数据传送类指令(四)程序存储器数据送累加器：(MOVC—2条)MOVX类指令采用变址寻址方式进行寻址。该类指令通常称为查表指令，送入累加器Acc的数据是事先写入的表格数据，通常使用伪指令DB或DW预先定义在程序存储器中，具体指令有：MOVCA,A+@DPTR;MOVXA,A+@PC;181、数据传送类指令(五)数据交换指令：(5条)XCHA,direct(字节互换)XCHA,@Ri(字节互换)XCHA,Rn(字节互换)XCHDA,@Ri

累加器Acc的低4位与((Ri))的低4位互换，各自的高4位不变SWAPA

累加器Acc的高低4位互换191、数据传送类指令(六)堆栈操作指令：(2条)PUSH压栈指令POP弹栈指令

堆栈由特殊功能寄存器SP(堆栈指针)进行管理

理论上堆栈在存储器中可以放在任意位置，但为了不和工作寄存器冲突，一般将堆栈放在存储器靠后的位置堆栈指针SP总是指向栈顶(自动变化，见第二章相关内容)PUSH和POP一般是成对使用的202、算术运算类指令(一)加法运算：

(ADD—4条)带进位加法运算:(ADDC—4条)带借位减法运算:(SUBB—4条)加1/减1操作：

(INC，DEC—9条)单字节乘/除法运算:(MUL，DIV—2条)算术运算类指令共有6种24条十进制调整：

(DAA—1条)212、算术运算类指令(二)加法运算：(ADD—4条)带进位加法运算:(ADDC—4条)带借位减法运算：(SUBB—4条)所有的加法(ADD)、带进位加法(ADDC)、带借位减法(SUBB)运算都是以Acc为一个加数或被减数,最终结果也存进Acc

加法(ADD)、带进位加法(ADDC)以及带借位减法(SUBB)运算中,如果产生了进位或借位,将自动对PSW中的Cy标志位置“1”带进位加法(ADDC):(A)←

(A)+(Cy)+(第二操作数)带借位减法(SUBB):(A)

←

(A)-(Cy)-(第二操作数)222、算术运算类指令(三)加1/减1操作：(INC，DEC—9条)INC,DEC与用加/减法指令做加1/减1操作不同之处在于INC、DEC不影响标志位。单字节乘/除运算:(MUL，DIV—2条)两个单字节数的乘/除法运算只在A与B之间进行。MULAB:(A)与(B)相乘,积为16位数,(A)←积的高8位;(B)←积的低8位DIVAB:(A)除以(B),结果用2字节表示,(A)←商的整数部分;(B)←余数232、算术运算类指令(四)十进制调整：(DAA—1条)用于两个BCD码之间的相加，这条指令只能跟在

ADD或ADDC之后BCD码是指“用二进制表达的十进制数”。如：十进制数20可以用二进制数00010100B表示;也可以用十六进制数14H表示；还可以用BCD码00100000B或20H表示。4个二进制位就可以表示一位BCD码：0000～1001可表示十进制数(BCD数)0～9;8个二进制位就可以表示两位压缩的BCD码：00000000～10011001表示00～99。242、算术运算类指令(五)DAA指令的执行过程若(A)3～0＞9或(AC)=1则(A)3～0←(A)3～0＋6；若(A)7～4＞9或(CY)=1则(A)7～4←(A)7～4＋6；如:两个十进制数“65”与“58”相加，根据常识，显然其和应当为“123”。MOVA,#65HADDA,#58HDAA结果:(A)=23H(Cy)=1

6501100101

5801011000

+)6601100110+)191800113200101253、逻辑运算及移位类指令(一)该类指令共有5种24条逻辑与运算：(ANL—6条)逻辑或运算：(ORL—6条)逻辑异或运算：(XRL—6条)累加器清零/取反：(CLR，CPL—2条)累加器移位操作:(RL,RLC,RR,RRC—4条)263、逻辑运算及移位类指令(二)逻辑与(ANL),逻辑或(ORL),逻辑异或(XRL):指令形式ByteTmANL(ORL，XRL)direct，

A21ANL(ORL，XRL)direct，#data32ANL(ORL，XRL)A，#data21ANL(ORL，XRL)A，direct21ANL(ORL，XRL)A，

@Ri11ANL(ORL，XRL)A，Rn11累加器清零/取反操作(CLR,CPL—2条)CLRA—对累加器清零

1Byte1TmCPLA——对累加器按位取非

1Byte1Tm273、逻辑运算及移位类指令(三)逻辑运算指令在程序中的应用(下面的例子认为Acc的内容为9AH)逻辑与ANL运算用于对某些位进行清0或者保留：例:ANLA,#0FH;则(A)=0AH逻辑或ORL运算用于对某些位进行置1或者保留：例:ORLA,#0FH;则(A)=9FH逻辑异或XRL运算用于对某些位进行取反或者保留：例:XRLA,#0FH;则(A)=95H(A)10011010#0FH00001111

95H1001010128RRCA

带进位循环左移3、逻辑运算及移位类指令(四)累加器移位操作:(RL,RLC,RR,RRC—4条)RLA

循环右移CyRRA

循环左移RLCA

带进位循环右移累加器Acc累加器Acc累加器Acc累加器AccCy294、控制转移类指令(一)控制转移类指令用于对程序的执行顺序进行控制(即改变PC指针的当前值)，该类指令共有4种17条无条件转移：(LJMP,AJMP,SJMP,JMP—4条)条件转移(判断跳转)：(JZ,JNZ,CJNE,DJNZ—8条)子程序调用及返回：(LCALL,ACALL,RET,RETI—4条)空操作：(NOP—1条)“消耗”一个机器周期304、控制转移类指令(二)无条件转移：(LJMP,AJMP,SJMP,JMP—4条)LJMPaddr16

长跳转指令

——可在64K范围内跳转AJMPaddr11绝对跳转指令

——可在指令所在的2K范围内跳转

SJMPrel相对跳转指令

——可在当前PC-128与+127范围内跳转

JMP@A+DPTR间接长跳转指令

——可在以DPTR为基址+A为偏移量

之和所指向的64K程序范围内跳转314、控制转移类指令(三)条件转移：(JZ,JNZ,CJNE,DJNZ—8条)JZrelJNZrel

——根据Acc的内容是否为0决定是否跳转

DJNZdirect,relDJNZRn,rel

——将direct(或Rn)里的内容减1，结果不

等于0就跳转；等于0则不跳转继续执行程序324、控制转移类指令(四)条件转移：CJNEA,

#data,relCJNEA,

direct,relCJNE@Ri,

#data,relCJNERn,

#data,rel

——将A(或@Ri,或Rn)与#data(或direct)相比

较，其值不相等就跳转；相等则不跳转,继

续执行程序334、控制转移类指令(五)子程序调用及返回：(LCALL,ACALL,RET,RETI—4条)LCALLaddr16子程序长调用指令——可在64K范围内调用子程序ACALLaddr11