單片機(jī)原理及應(yīng)用第3章

第3章MCS-51指令系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)是表征計(jì)算機(jī)性能的重要指標(biāo)，每種類型計(jì)算機(jī)都有自己的指令系統(tǒng)。主要包括：

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

3．1MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)概述

指令是使計(jì)算機(jī)完成某種操作的命令。計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的全部操作所對(duì)應(yīng)的指令集合，稱為該計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)全面展示出了計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)功能的軟件資源。

3．1．1概述

指令一般由功能、時(shí)間和空間三種屬性。功能屬性是指每條指令所對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的操作功能；時(shí)間屬性是指一條指令執(zhí)行所用的時(shí)間，一般用機(jī)器周期來(lái)表示；空間屬性是指一條指令在程序存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)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(shí)間、空間屬性在有些場(chǎng)合也要用到。

MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、指令短、執(zhí)行快等特點(diǎn)，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(yùn)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(zhǎng)的三字節(jié)指令（16條）；從時(shí)間屬性上可分為單機(jī)器周期指令（64條）、雙機(jī)器周期指令（45條）和只有乘、除兩條4個(gè)機(jī)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(jì)算機(jī)執(zhí)行該指令將進(jìn)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(jī)的指令匯編語(yǔ)言指令有如下格式：

[標(biāo)號(hào)：]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(chǔ)器操作數(shù)。1．立即數(shù)2．寄存器操作數(shù)3．存儲(chǔ)器操作數(shù)

3．1．4MCS-51匯編語(yǔ)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(jī)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(duì)尋址、位尋址、頁(yè)面尋址。

3．2．2尋址方式說(shuō)明

1．立即尋址

指令中給出的是一個(gè)具體的數(shù)值，操作時(shí)是對(duì)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(shí)是將該寄存器中的內(nèi)容取出來(lái)進(jìn)行操作。

3．直接尋址

指令中給出的是某一存儲(chǔ)單元地址，操作時(shí)是對(duì)該單元中的內(nèi)容進(jìn)行操作。該地址指出了參如運(yùn)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(shí)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(lái)進(jìn)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(shí)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(lái)進(jìn)行操作。

6．相對(duì)尋址

相對(duì)尋址是以當(dāng)前程序計(jì)數(shù)器PC值

加上指令中給出的偏移量rel，而構(gòu)成實(shí)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(duì)片內(nèi)RAM中的128位和特殊功能寄存器SFR中的93位進(jìn)行尋址。

總結(jié)：（1）對(duì)程序存儲(chǔ)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(duì)特殊功能寄存器空間只能采用直接尋址（可以用符號(hào)來(lái)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(chǔ)器高128字節(jié)，整個(gè)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(chǔ)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(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只能采用MOVX指令來(lái)訪問(wèn)。

3．3MCS-51的指令系統(tǒng)

MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)共42種操作助記符，用來(lái)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(lái)分類如下：數(shù)據(jù)傳送類指令（29條）、算術(shù)運(yùn)算類指令（24條）、邏輯運(yùn)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(chǎng)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(yùn)算類指令

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

(1)不帶進(jìn)位的加法指令(2)帶進(jìn)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(jìn)制調(diào)整指令(7)乘法指令(8)除法指令3．3．3邏輯運(yùn)算類指令

MCS-51單片機(jī)邏輯運(yùn)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(gè)操作數(shù)的邏輯與指令(2)兩個(gè)操作數(shù)的邏輯或指令(3)兩個(gè)操作數(shù)的邏輯異或指令(4)對(duì)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(wú)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(wú)條件轉(zhuǎn)移指令絕對(duì)短跳轉(zhuǎn)AJMPaddr11長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)指令

LJMPaddr16相對(duì)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(duì)調(diào)用指令

ACALLaddr11

長(zhǎng)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(jī)內(nèi)有一個(gè)布爾處理機(jī)，它具有一套處理位變量的指令集，它以進(jìn)位標(biāo)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(jìn)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(yǔ)言寫(xiě)的源程序進(jìn)行匯編時(shí)，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(shí)并不產(chǎn)生目標(biāo)代碼