第三章 指令系统与汇编语言程序设计

第三章指令系统与汇编语言程序设计

第一节

指令系统概述

第二节汇编语言程序实例第三节

寻址方式

第四节

指令系统

第五节汇编语言程序设计

第一节指令系统概述

程序设计语言可分为机器语言、汇编语言和高级语言三种。

机器语言是由1和0两个二进制数码组成的，是唯一能直接在计算机上运行的语言。

用一些助记符号来代替用二进制码编写的程序。这种用助记符来描述指令的语言称为汇编语言。用汇编语言写出的程序称为汇编语言程序。汇编语言程序必须翻译为二进制机器语言才能送给计算机执行，这个过程称为汇编。

计算机不能直接执行高级语言，要通过编译或解释程序，将其翻译成为机器语言，才能被执行。常用的高级语言有：C语言、VC、VB等。二、指令和指令系统指令是指挥CPU进行各种操作的命令。一条指令通常由操作码和操作数两部分组成：操作码操作数操作码表示本指令为何种操作。在执行指令时，操作码部分会被送入译码电路进行译码，CPU根据译码结果来控制相应的电子线路完成指令的操作。

三、程序的执行过程程序是完成某一任务的指令的集合。程序中的指令是以机器码的形式存放在存储器中的。在程序的执行过程中这些机器码将按次序被取出，然后被译码、执行。

程序除了可按顺序执行外，还可跳转执行。一些指令如转移指令、子程序调用与返回指令等，都会改变PC的值，从而实现程序的转移。另外，在中断系统中，中断系统的硬件电路也会改变PC的值，从而使CPU转去执行中断服务程序。CPU复位时，PC被清零。

第二节汇编语言程序实例

汇编语言程序的编制与调试的过程

该过程可归纳如下：（1）用文本编辑软件编辑源程序；（2）将源程序汇编成机器码目标程序，然后将目标程序装入到单片机系统中；（3）执行程序，检查CPU现场和有关存储单元的内容。对于不同的单片机开发系统，以上操作过程可能在细节上有所不同，但主要的步骤是基本相同的。例3.1

计算3+5我们可编制出如下程序：

MOVA，30H①

ADDA，31H②MOV32H，A③

该程序存放在程序存储器的什么位置，程序的结束标记等。这些说明是由伪指令来完成的。完整的源程序如下：

ORG4000HMOVA，30H①ADDA，31H②

MOV32H，A③END***条指令为伪指令，表示该指令以下的程序是从程序存储器的4000H单元开始存放的；**条指令也是伪指令，告诉汇编程序汇编到此结束。2．汇编汇编就是将编辑好的汇编语言源程序翻译成机器语言程序。汇编的方法有两种：人工汇编和机器汇编。

3．执行给程序计数器PC赋值为4000H，然后运行程序：①单步或断点（如断点地址设置为4004H）执行程序，检查CPU现场和有关存储单元的内容。②连续执行程序，检查运行结果。

第三节

寻址方式

我们把各种不同类型的操作方式称为寻址方式。

MCS-51系列单片机的寻址方式主要有七种：立即寻址、寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址和位寻址。

一、立即寻址在立即寻址中，操作数的数值在指令中写出，一眼就可看出其数值的大小。这种在指令中可以看出数值大小的操作数称为立即数，书写时前面要加“#”。立即数有8位和16位两种。

二、寄存器寻址在寄存器寻址中，操作数存放在寄存器中，指令中给出的是寄存器的名称。

三、直接寻址在直接寻址中，操作数存放在存储器中，指令中给出的是操作数的存放地址。指令执行过程中，地址值被送上地址总线，经译码后选通操作数所在的存储单元，这样就可对操作数进行操作。

四、寄存器间接寻址在寄存器间接寻址中，操作数存放在存储器中，该存储单元的地址又存放在寄存器中，而指令中给出的是寄存器名称。执行这类指令时，CPU将寄存器的值（即操作数的地址）送上地址总线译码，选通操作数所在的存储单元，再对操作数进行操作。书写时，寄存器名称前要加“＠”。

MCS-51系列单片机规定，只有工作寄存器R0与R1可用于寄存器间接寻址。

在单片机系统扩展中，片外RAM的地址可以是8位，也可以是16位。若是8位，使用R0、R1间接寻址。若是16位，则用数据指针DPTR间接寻址。在MCS-51系列单片机的51子系列中，间接寻址中的R0和R1取值范围为00H～7FH。五、变址寻址在变址寻址中，操作数存放在程序存储器中，操作数的地址是累加器A与数据指针DPTR或程序计数器PC的值的和。

在MCS-51系列单片机中，还有其它的寻址方式，如相对寻址、位寻址等。第四节

指令系统

MCS-51系列单片机指令系统丰富、完整，共有111条指令。按照它们的操作性质可划分成数据传送、算术操作、逻辑操作、程序转移、位操作等五类。

按照字节数分类，则有49条单字节指令、46条双字节指令和16条三字节指令。

按指令执行时间分类，则有64条单周期指令、45条双周期指令和2条四周期指令。

一、数据传送类指令数据传送就是将数据从一个部件传送到另一个部件，它是单片机最基本、最主要、量最大的操作。

1．以累加器为目的地的指令MOV A，Rn ；A←Rn，n=0～7MOV A，direct ；A←（direct）MOV A，@Ri；A←（（Ri））MOV A，#data ；A←data此类指令是将工作寄存器内容或存储单元内容或立即数送给累加器。

2．以Rn为目的地的指令MOV Rn，A ；Rn←AMOV Rn，direct ；Rn←（direct）MOV Rn，#data ；Rn←data此类指令是将累加器内容、存储单元内容或立即数送工作寄存器。

3．以直接地址为目的地的指令MOV dircet，A ；(direct)←AMOV dircet，Rn ；（direct）←RnMOV direct1，direct2 ；（direct1）←（direct2）MOV direct，@Ri ；（direct）←（（Ri））MOV driect，#data ；（direct）←data此类指令是把累加器、工作寄存器、存储单元或立即数送片内数据存储器单元中（用直接寻址表示）。

4．以间接地址为目的地的指令MOV @Ri，A ；（Ri）←AMOV @Ri，direct ；（Ri）←direct）MOV @Ri，#data；（Ri）←data此类指令是把累加器、存储单元或立即数送片内数据存储器单元中（用间接寻址表示）。

对数据块操作，一般都采用间接寻址方式。

例将片内RAM中30H～3FH单元的内容复制到50H～5FH单元中。MOV R0，#30H MOV R1，#50H MOV R7，#10H LOOP：MOV A，@R0 MOV @R1，A INC R0 INC R1 DJNZ R7，LOOP 5．以16位数据指针为目的地的指令MOV DPTR，#data16 ；DPTR←data16此条指令是将一个16位的立即数送给数据指针DPTR。其中高8位送DPH，低8位送DPL。6．累加器与片外数据存储器间的传送指令（输入/输出指令）

MOVX A，@Ri ；A←（（Ri））MOVX @Ri，A ；（（Ri））←A

MOVX A，@DPTR；A←（（DPTR））MOVX @DPTR，A；（（DPTR））←A在寻址方式中讲过，扩展系统中片外数据存储器的地址有8位和16位两种。

7．程序存储器操作指令（查表指令）程序存储器可读不可写。我们常将表格数据预先存放在程序存储器中，在程序运行中对其进行搜索，将需要的数据取到累加器中，这个过程称为查表。查表指令有两条：MOVC A，@A+DPTR MOVC A，@A+PC DPTR或PC为基址寄存器，存放数据区起始地址（称基地址），累加器A的内容为偏移量，是操作数所在单元与基地址之间的字节数，在执行时先将DPTR或PC的内容与A的内容相加，得到的和作为操作数在数据区中的存放地址，再据此将操作数取出送给累加器A例设从程序存储器0100H开始的10个单元中已存放了字符0～9的编码，如图3-7所示。现要将2的编码5BH取出送累加器。

MOV DPTR,#0100HMOV A，#02H MOVC A，@A+DPTR8．数据交换指令①8位数据交换指令XCH A，Rn ；ARnXCH A，@Ri ；A（Ri）XCH A，direct ；A（direct）②4位数据交换指令XCHD A，@Ri ；A3～0(Ri)3～0SWAP A ；A7～4A3～0此类指令中，交换的双方互为源和目的地，指令执行后，每方的操作数都修改为对方的操作数。9．堆栈操作指令堆栈是在片内RAM中设置一个区域，其有特殊的操作方式：压入和弹出。堆栈指针SP始终指向堆栈顶部。堆栈操作的特点是“先进后出”，即先被放进堆栈中的数据总是后被取出。

堆栈操作指令有两条：PUSH direct ；SP←SP+1，（SP）←dircet）POP direct ；（dircet）←（SP）P←SP-1面用例子介绍堆栈操作指令的功能。设SP=30H，A=01H，B=02H，现执行如下指令：PUSH ACCPUSH BPOP 10H堆栈操作过程示意图

由图可见，后压入堆栈的数02H，在出栈时首先被弹出。打一个比方，堆栈就好象一只桶，里面放了许多盘子，我们每次只能从最上面取盘子，因此总是取出最后放进去的盘子。而SP就象一个游标，始终指示桶中最上面盘子的位置。

例写出指令，将片内RAM中10H和20H单元的内容交换。方法一：用交换指令。

XCH A，10HXCH A，20HXCH A，10H方法二：用“MOV”指令。

MOV A，10HMOV 10H，20HMOV 20H，A方法三：用堆栈。

PUSH 10HPUSH 20HPOP 10HPOP 20H二、算术运算类指令算术运算类指令共有24条，包括加、减、乘、除、加1、减1等。

1．加法指令①不带进位的加法指令ADD A，Rn ADD A，direct ADD A，@Ri ADD A，#data ②带进位的加法指令ADDC A，Rn ADDC A，direct ADDC A，@Ri ADDC A，#data 加法指令的执行结果保存在累加器中。带Cy的加法主要用于多字节加法运算中，低字节运算产生的进位要参与到高字节的运算中。加法指令会对标志寄存器PSW产生影响：若整个字节有进位，则Cy=1，否则为0；若低4位向高4位有进位，则AC=1，否则为0；若最高位和次高位不同时进位，则OV=1，否则为0；若累加器中1的个数为奇数，则P=1，否则为0。

3．加1指令INC A ；A←A+1INC Rn ；Rn←Rn+1INC direct ；（direct）←（direct）+1INC @Ri ；(Ri）←（Ri）+1INC DPTR ；DPTR←DPTR+1加1指令的功能是把操作数指定的单元内容加1。

INCdirect指令中，若direct为I/O端口Pi（i=0，1，2，3）时，可用本指令修改输出口，即进行“读─改─写”操作.4．减1指令DEC A ；A←A-1DEC Rn ；Rn←Rn-1DEC direct ;（direct）←（direct）-1DEC @Ri ；（Ri）←（Ri）-1减1指令的功能是把操作数指定的单元内容减1.5．乘法指令MUL AB ；BA←A×B该指令可完成两个8位数的乘法运算，乘积需用16位来表示。其中A中存放被乘数与积的低8位，B中存放乘数与积的高8位。

6．除法指令DIV AB ；A…B←A÷B该指令可完成两个8位数的除法运算，结果也需用16位来表示。其中A中存放被除数与商，B中存放除数与余数。

7．十进制调整指令DA A这是一条专门用于实现BCD码加法的指令。在前面的学习中我们知道，为了避免总是要将十进制数转换为二进制数后才能送CPU运算，可将十进制数的二进制编码——BCD码直接送CPU。

DAA指令的功能是：在累加器A进行加法运算后，根据PSW中标志位Cy、AC的状态及A的值，将A进行“加6修正（通过加00H、06H、60H或66H到累加器上）”，使其转换成压缩BCD码形式。具体操作为：①若累加器A的低四位大于9（××××1010～××××1111），或者半进位位AC=1，则对A的低四位进行加6调整：A←A+06H。加6调整后，如果低4位向高4位产生进位，且高4位均为1时，进位位Cy=1。②若累加器A的高4位大于9（1010××××～1111××××），或者进位位Cy=1（包括由于低4位调整后导致Cy=1），则对A的高4位进行加6调整：A←A+60H。加6调整后，若最高位产生进位，则Cy=1。

例设A=45H（01000101B），表示十进制数45的BCD码；R0=78H（01111000B），表示十进制数78的BCD码。执行下列指令：ADD A，R0DA A第一条指令执行二进制加法：01000101

+0111100010111101A=10111101B，Cy=0，AC=0第二条指令进行修正：10111101

+01100110100100011A=00100011B，Cy=1结果：A=23H，Cy=1，相当于十进制数123。

三、逻辑运算类指令逻辑运算都是按位进行的，包括与、或、异或、清零、取反、移位等指令。逻辑运算指令共有24条。

1．与运算指令ANL A，Rn ；A←A∧RnANL A，direct ；A←A∧（direct）ANL A，@Ri ；A←A∧（（Ri））ANL A，#data ；A←A∧dataANL direct，A ；（direct）←（ditect）∧AANL direct，#data ；（direct）←（direct）∧data2．或运算指令ORL A，Rn ；A←A∨RnORL A，direct ；A←A∨（direct）ORL A，@Ri ；A←A∨（（Ri））ORL A，#data ；A←A∨dataORL direct，A ；（direct）←（ditect）∨AORL direct，#data；（direct）←（direct）∨data3．异或运算指令XRL A，Rn ；A←A⊕RnXRL A，direct ；A←A⊕（direct）XRL A，@Ri ；A←A⊕（（Ri））XRL A，#data ；A←A⊕dataXRL direct，A ；（direct）←（ditect）⊕AXRL direct，#data；（direct）←（direct）⊕data4．累加器操作指令累加器清零指令CLRA ；A←0

累加器取反指令

CPLA ；A←Ā5．移位指令

循环左移指令RL

A

循环右移指令

RR

A

带C循环左移指令

RLCA

带C循环右移指令

RRCA例将累加器的奇数位由P1口输出，但P1口的偶数位保持不变。

PUSH ACC ANL A，#0AAHANL P1，#55HORL P1，APOP ACC 四、控制转移类指令

此类指令通过改变PC的值，从而改变程序的执行顺序，实现程序的分支、循环、调用和返回。控制转移类指令共有14条，控制CPU空操作的指令有1条。1．无条件转移指令①长转移指令LJMPaddr16；PC←addr16

本指令为三字节指令。指令功能是将16位值送入PC中，CPU转向地址为addr16的单元处取令执行。

②短转移指令AJMP addr11；PC←PC+2，PC10～0←addr10～0

短转移指令为双字节指令。是用指令提供的11位地址替换PC的低11位，所形成的新的PC值作为目的地址.③间接转移指令JMP@A+DPTR；PC←A+DPTR

该指令为1字节指令。目的地址由DPTR与A相加形成。④相对转移指令SJMPrel

；PC←PC+2+rel

本指令为双字节指令。SJMP指令可用来使程序原地踏步：HERE：SJMPHERE或SJMP$（$表示PC的当前值）。rel=HERE-HERE-2=FEH，故机器码为80FE。

单片机没有可使CPU停止运行的指令。

2．条件转移指令①判零转移指令JZ rel；PC←PC+2，若A=0，则PC←PC+relJNZ

rel；PC←PC+2，若A≠0，则PC←PC+rel②比较转移指令

CJNE A，direct，rel；PC←PC+3，若A≠（direct），则PC←PC+rel

CJNE A，#data，rel ；PC←PC+3，若A≠data，则PC←PC+rel

CJNE Rn，#data，rel ；PC←PC+3，若Rn≠data，则PC←PC+rel

CJNE @Ri，#data，rel；PC←PC+3，若（Ri）≠data，则PC←PC+rel③循环转移指令

DJNZ

Rn，rel；PC←PC+2，Rn←Rn-1，若Rn≠0，则PC←PC+rel

DJNZdirect，rel ；PC←PC+3，（direct）←（direct）-1，

若(direct)≠0，则PC←PC+rel3．子程序调用和返回指令①子程序调用和返回过程在程序设计时，经常碰到一些相同的处理过程，编出来的程序段完全相同。为了避免重复，节省存储空间，常把这样的程序段独立出来，称作子程序。调用子程序的程序称为主程序。

调用和返回过程如图所示。ACBDABCD②①③④主程序子程序1RET(a)二次调用⑤①②③④子程序3主程序子程序2RETRET(b)嵌套调用②

子程序调用指令

长调用指令

LCALLaddr16

短调用指令

LCALLaddr114．空操作指令NOP该指令经取指、译码后不产生任何操作，CPU转下一条指令执行。NOP指令的执行需消耗一个机器周期，故在程序中常用于延时等待。五、位操作指令到目前我们所学过的指令都是对8位或16位数进行操作，如MOVA，#01H、ADDA，R0等。在单片机硬件结构中还附有一个位处理机，又称布尔处理机，专门用于对一位数码（布尔变量）进行操作，称作位操作。

1．可进行位操作的位及其表示方法MCS-51系列单片机中，片内数据存储器中的位操作区以及SFR中地址可被8整除的专用寄存器可进行位操作。位的表示方法有四种：

①

位地址表示法如00H位表示20H单元的D0位，程序状态字PSW中的软件标志位可表示为D5H。

②

位名称表示法某些专用寄存器的每一位都有名称，可以用名称来表示该位。如进位位可表示为C③

点表示法该表示法说明该位是寄存器或字节地址的哪一位。如进位位可表示为PSW.7，21H.5表示21H单元的D5位。

④标号表示法用户用伪指令将标号定义为某个可进行位操作的位，则在指令中可用标号表示该位。例如使用了伪指令FLAGbitF0后，就可在程序中用FLAG来表示软件标志位F0。

2．位传送指令MOV C，bit ；C←（bit）MOV bit，C ；（bit）←C例写出指令，将00H位的值送01H位。

MOV C，00HMOV 01H，C3．位改指令

CLR C ；C←0SETB C ；C←1CPL C ；C←CLR

bit ；（bit）←0SETB bit ；（bit）←1CPL bit ；（bit）←（/bit）

4．位逻辑运算指令ANL C，bit ；C←C∧（bit）ORL C，bit ；C←C∨（bit）ANL C，/bit ；C←C∧（/bit）ORL C，/bit ；C←C∨（/bit）例3.17

用指令实现下列逻辑电路的功能。

&F0P1.0PP1.1。≥1MOV C，F0ANL C，P1.0ORL C，PCPL CMOV P1.1，C5．位条件转移指令JC

rel；PC←PC+2，若C=1则PC←PC+relJNCrel；PC←PC+2，若C≠1则PC←PC+relJBbit，rel；PC←PC+2，若（bit）=1则PC←PC+relJNB bit，rel；PC←PC+2，若（bit）≠1则PC←PC+relJBC bit，rel；PC←PC+3，若（bit）=1则

PC←PC+rel且（bit）←0

六、伪指令前面所学的指令都会使计算机进行一定的操作，都有与之对应的机器码。除此之外，单片机还提供了一些注释性指令，这些指令，仅在汇编时向汇编程序提供信息，使其准确而顺利地完成汇编任务。这种指令没有相应的机器码，因而不会被CPU所执行，故称为伪指令。

1．赋值指令常量名

EQU表达式

AA EQU 03HBB EQU AA*32．起始指令ORG addr163．结束指令END该指令用于源程序末尾，表示程序的结束。

4．字节定义指令

标号：DB该指令表示以标号为起始地址，依次存放数据表中的字节数据，各数据间用逗号分开

5．字定义指令

标号：DW该指令表示以标号为起始地址，依次存放数据表中的字数据。

6．位定义指令

标号

BIT 位该指令的作用类似EQU指令，不过定义的是位。

第五节

汇编语言程序设计

一、汇编语言源程序格式指令的汇编语言一般用助记符的形式表示，其基本组成分为四个部分：

标号：操作码

操作数

；注释

1．标号标号以英文字母开头的1～8个字母、数字串或下划线组成。为了便于编程、阅读和识别，可在一段程序的起始位置处安排标号。另外，在转移指令的目的地指令前也要有标号。2．操作码与操作数操作码主要由指令系统的助记符组成。操作数的形式也是复杂多样的。它可以是工作寄存器，可以是存储单元地址，可以是专用寄存器，还可以是标号、常数和表达式。

3．注释

注释是对指令的说明，使用注释可增加程序的可读性。注释与指令之间要有分号隔开，汇编程序对注释不作任何处理。

二、数据处理程序1．数据拼拆程序数据的拼装和拆卸，主要利用逻辑运算指令来完成。例将累加器的低4位与P1口的低4位拼装成一个字节，其中A的低4位为新字节数的高4位，然后再送P1口输出。

2000H C4 SWAP A 2001H 54F0 ANL A，#0F0H2003H 53900FANL P1，#0FH 2006H 4590 ORL A，P1 2008H F590 MOV P1，A200AH 80FE SJMP $2．比较数值大小程序比较的方法一般是将两数相减，若为无符号数，则由C的值来判断大小；若为有符号数，则根据OV位及差值的最高位来判断。

例设R6和R7中有两个无符号数，编程将大数送入R0中。分析：减法指令和比较指令都可将两数相减，都会影响Cy。若Cy=0，则被减数大；否则，减数大。

MOVA，R6SUBBA，R7JC JSD MOV A，R6 SJMP CJGJSD： MOV A，R7 CJG： MOV R0，A SJMP $3．数据块处理程序对数据块的操作一般要用间接寻址，片内RAM和8位片外RAM的数据指针用R0和R1，16位片外RAM的数据指针用DPTR。数据指针初值为数据块首地址，每取出一个数据后，修改数据指针，再取下一个数，如此循环下去。例从片外1000H单元开始有100个无符号数，找出其中最大的数，存入2000H单元。

MOV R6，#63H MOV DPTR，#1000H MOVX A，@DPTR MOV R0，A LOOP：INC DPTR MOVX A，@DPTR CLR CSUBB A，R0 JC AJX MOVX A，@DPTR MOV R0，A

AJX：DJNZ R6，LOOP MOV DPTR，#2000HMOV A，R0MOVX @DPTR，A SJMP $二、代码转换程序BCD码转换为二进制数程序一个字节的BCD码最大值是99，转换为二进制数后用一个字节存放即可。转换的方法是：按“权”展开并求和。例已知BCD码存放在A中，编程将其变为二进制数MOV R0，AANL A，#0F0H SWAP AMOV B，#10MUL ABMOV R1，AMOV A，R0

ANL A，#0FH ADD A，R1 SJMP $三、数值运算程序1．取补程序例已知片内RAM中存有若干个字节的有符号数，编程求其补码。(已知R0存放低位字节地址指针，R2存放字节数。)MOV A，R0MOV R1，ASETB CNEXT：MOV A，@R1CPL A ADDC A，#00H MOV @R1，A INC R1DJNZ R2