单片机指令系统

第三章 MCS-51单片机的指令系统

MCS-51指令系统专用于MCS-51系列的单片机，是一个具有255种操作代码的集合。42种指令功能助记符与各种可能的寻址方式相结合，一共构造出111种指令。111种指令中，单字节指令49种，双字节指令46种，三字节指令仅16种。指令系统的功能强弱在很大程度上决定了计算机智能的高低。MCS-51指令系统功能很强，例如，他有四则运算指令，丰富的条件转移指令、位操作指令等，使用灵活方便。

§3.1 指 令 系 统 概 述

3.1.1 基 本 概 念

指令是CPU根据人的意图来执行某种操作的命令。一台计算机所能执行的全部指令的集合称为这个CPU的指令系统。

MCS-51汇编语言指令由操作码助记符字段和操作数字段两部分组成。

操作码字段指示了计算机所要执行的操作，由2～5个英文字母表示，如，MOV、ADD等。 操作数字段指出了参与操作的数据来源和操作结果存放的目的单元。操作数可以是一个常数（立即数），或者是一个数据所在的空间地址，即在执行指令时可以从指定的地址空间取出操作数。

操作码和操作数都有对应的二进制代码，指令代码由若干字节组成。对于不同的指令，指令的字节数不同。

一、常用符号的意义

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Rn--当前选中的寄存器区的8个通用工作寄存器R0～R7（n=0～7）。当前选中的通用工作寄存器区由程序状态字PSW中的D3，D4位（即RS0，RS1）确定，通用工作寄存器在片内数据存储器中的地址为00H～1FH。

Ri--当前选中的寄存器区中可作间址寄存器的2个通用工作寄存器R0、R1（i=0、1） @Ri--通过寄存器R0或R1间接寻址的8位内部数据RAM单元（0～255），i=0，1。 Direct--8位内部数据存储器单元地址。可以是一个内部RAM单元的地址（0～127/255）或一个专用寄存器的地址，如I/O端口、控制寄存器、状态寄存器等（128～255）。

#data--8位立即数，即包含在指令中的8位常数。 #data16--16位立即数，即包含在指令中的16位常数。

addr11--11位的目的地址。用于ACALL和AJMP指令中，目的地址必须放在与下一条指令第一字节同一个2KB程序存储器区地址空间之内。

addr16--16位的目的地址。用于LCALL和LJMP指令中，目的地址的范围是64KB程序存储器地址空间。

Rel--补码形式的8位地址偏移量。用于SJMP和所有的条件转移指令中。偏移量相对下一条指令的第一个字节计算，在-128B～+127B范围内取值。

DPTR--数据指针，可用作16位的地址寄存器。 Bit--内部RAM或专用寄存器中的直接寻址位。 A--累加器。

B--专用寄存器，用于MUL和DIV指令中。 C--进位标志或进位位，或布尔处理机中的累加器。 @--间址寄存器或基址寄存器的前缀，如@Ri、@DPTR。

/--位操作数的前缀，表示对该位操作数先取反再参与操作，但不影响该操作数，如/bit。 X--片内RAM中的直接地址或寄存器。 (X)--X中的内容。

((X))--由X寻址的单元中的内容。

← --箭头左边的内容被箭头右边的内容所代替。

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二、指令分类

按指令的功能，可以把MCS-51的111种指令分成下面5类： 1.数据传送类（29条） 2.算术操作类（24条） 3.逻辑操作类（24条） 4.控制转移类（17条） 5.布尔变量操作类（17条）

§3.2 寻 址 方 式

所谓寻址方式就是如何找到存放操作数的地址，把操作数提取出来的方法。MCS-51系列单片机共有七种寻址方式：寄存器寻址、立即寻址、直接寻址、寄存器间址、相对寻址、变址寻址、位寻址。

一、寄存器寻址

寄存器寻址就是由指令指出寄存器R0～R7中某一个或其他寄存器（A、B、DPTR等） 的内容作为操作数。

例如：MOV A，R0

；将寄存器R0的内容送累加器A

注：分号“；”后为注释，起到说明指令功能的作用。 二、立即寻址

立即寻址方式是指操作数包含在指令字节中，其数值由程序员在编制程序时指定，以指令字节的形式存放在程序存储器中。

例如：MOV A，#00H

指令功能是将立即数00H送入累加器A中，操作数00H跟在操作码后面，以指令形式存放在程序存储器中。

三、直接寻址

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在指令中直接给出操作数所在存储单元的地址，称为直接寻址方式。此时指令中操作数

部分就是操作数所在地址。在MCS-51系统中，使用直接寻址方式可访问片内RAM的128个单元以及所有的特殊功能寄存器（SFR）。对于特殊功能寄存器，既可以使用它们的地址，也可以使用它们的名字。专用功能寄存器只能使用直接寻址方式进行访问。

例如：MOV 31H，30H；将30H单元的内容送31H单元。 一条直接寻址方式的指令至少占内存两个单元。 四、寄存器间址

由指令指出某一个寄存器中的内容作为操作数的地址，这种寻址方式称为寄存器间接寻址。

寄存器间接寻址只能使用寄存器R0或R1作为地址指针来寻址内部RAM（00H～0FFH）中的数据；寄存器间接寻址也适用于访问外部RAM，可使用用R0、R1或DPTR作为地址指针。寄存器间接寻址用符号@表示。

例如：MOV A，@R0

指令功能是将R0所指出的内部RAM单元中的内容送累加器A。若R0的内容为20H，20H单元的内容为00H，则执行指令后累加器A的内容被赋值为00H。

五、相对寻址

相对寻址只出现在相对转移指令中。相对转移指令执行时，是以当前的PC值加上指令中规定的偏移量rel而形成实际的转移地址。这里所说的PC的当前值是执行完相对转移指令后的PC值。一般将相对转移指令操作码所在地址称为源地址，转移后的地址称为目的地址。于是有：

目的地址=源地址+2（相对转移指令字节数）+rel

例如：执行指令“JC rel”。

这是一条以CY为条件的转移指令。若源地址为3021H,rel=20H,CY=1,则该指令执行结束后目的地址为3043H。

在实际中，经常需要根据已知的源地址和目的地址计算偏移量rel。 六、变址寻址（基址寄存器+变址寄存器间接寻址）

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变址寻址是以某个寄存器的内容为基地址，然后在这个基地址的基础上加上地址偏移量形成真正的操作数地址。这种寻址方式只能访问程序存储器，访问的范围为64KB。当然这种访问只能从ROM中读取数据而不能写入。在MCS-51系统中使用DPTR或PC作为基址寄存器，累加器A为变址寄存器。

例如：MOVC A，@A+DPTR；

若DPTR的内容为3000H，A的内容为05H，则该指令是将程序存储器中的单元3005H的内容读入累加器A中。即，若（DPTR）=3000H，（A）=05H，（3005H）=35H，则执行完这条指令后累加器A的内容为35H。

这种寻址方式多用于查表操作。 七、位寻址

采用位寻址方式的指令的操作数将是8位二进制数中的某一位。指令中给出的是位地址，即片内RAM某一单元中的一位。位地址在指令中用bit表示。

例如：CLR bit

MCS-51系统单片机片内RAM有两个区域可以位寻址：一个是20H～2FH的16个单元中的128位，另一个是字节地址能被8整除的特殊功能寄存器。

在51系统中，位地址常用下列两种方式表示：

1．直接使用位地址。对于20H～2FH的16个单元共128位的位地址分布是00H～7FH。如，20H单元的0～7位位地址是00H～07H，而21H的0～7位位地址是08H～0FH，?依此类推。

2．对于特殊功能寄存器，可以直接用寄存器名加位数表示，如PSW.0等。

§3.3 指 令 系 统

3.3.1 数 据 传 送 指 令

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