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4 MCS-51 指令系统

4 MCS-51 指令系统. 【 几个概念 】 指令系统： 一台计算机的 CPU 所能执行的指令集合。 机器语言： 采用二进制编码表示的指令，是计算机能够直接识别和执行的语言。 汇编语言： 采用助记符、符号、数字来表示指令的程序语言，它与机器语言指令是一一对应的。 汇编语言程序： 采用汇编语言编制完成特定功能的汇编语言指令逻辑的集合。亦称 汇编语言源程序 ，不同于 汇编程序 。. 1. 概述. 1 ）指令格式 标号：操作码助记符 [( 目的操作数 ) ， ( 源操作数 )] ；注释.

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4 MCS-51 指令系统

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  1. 4 MCS-51指令系统

  2. 【几个概念】 • 指令系统： • 一台计算机的CPU所能执行的指令集合。 • 机器语言： • 采用二进制编码表示的指令，是计算机能够直接识别和执行的语言。 • 汇编语言： • 采用助记符、符号、数字来表示指令的程序语言，它与机器语言指令是一一对应的。 • 汇编语言程序： • 采用汇编语言编制完成特定功能的汇编语言指令逻辑的集合。亦称汇编语言源程序，不同于汇编程序。

  3. 1.概述 • 1）指令格式 • 标号：操作码助记符 [(目的操作数)，(源操作数)] ；注释 2）MCS-51单片机指令系统的分类 • A. MCS-51单片机指令系统按指令所占的字节数可分为以下三类： • （1）单字节指令（49条）（2）双字节指令（45条） • （3）三字节指令（17条） • B. 按指令的执行时间可分为以下三类： • （1）单周期指令（64条） （2）双周期指令（45条） • （3）四周期指令（2条）（乘、除指令）

  4. C. 按指令的功能可分为以下五类： • (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) 位操作类指令（17条） • 111条基本指令共派生出255种指令代码00H～FFH（其中A5H无定义） • 例如： • MOV A，Rn • （n＝0～7，代码：E8H～EFH）

  5. 3）指令中的常用符号 (P.53) • Rn : 表示当前工作寄存器R0～R7中的一个。 • @Ri : 表示寄存器间接寻址，常常作间接寻址的地址指针。其中Ri只代表R0和R1寄存器中的一个。 • Direct : 表示内部数据存贮器RAM单元的地址及特殊功能寄存器SFR的地址，对SFR而言，既可使用它的物理地址，也可直接使用它的名字。 • #date : 表示8位立即数，即8位常数，取值范围为#00H～#0FFH。 • #date16: 表示16位立即数，取值范围为#0000H～#FFFFH。 • addr16: 表示16位地址。

  6. 指令中的常用符号（续） • addr11: 表示11位地址。 • Rel : 用补码形式表示的地址偏移量，取值范围为-128～+127。 • Bit : 表示内部RAM和SFR中的具有位寻址功能的位地址。SFR中的位地址可以直接出现在指令中，往往也可用SFR的名字和所在的数位表示。如：表示PSW中奇偶校验位，可写成D0H，也可写成PSW.0的形式出现在指令中。 • @ : 表示间接寻址寄存器标识符。 • / ：位操作数的前缀，表示对该位操作数取反，如/bit。 • (x) ：表示x单元中的内容。 • ((x)) ：表示以x单元中的内容为地址进行间接寻址。 • $ : 表示当前指令的地址。

  7. 2.数据传送类指令 • 数据传送类指令共28条，是将源操作数送到目的操作数。指令执行后，源操作数不变，目的操作数被源操作数取代。数据传送类指令用到的助记符有MOV、MOVX、MOVC、XCH、XCHD、SWAP、PUSH、POP 8种。 • 源操作数可采用寄存器、寄存器间接、直接、立即、变址5种寻址方式寻址，目的操作数可以采用寄存器、寄存器间接、直接寻址3种寻址方式。一般均不影响标志位C、AC、OV，但不包括P。MCS-51单片机片内数据传送途径如图所示。

  8. 直接地址 direct 累加器 A 直接地址 direct 间接地址 @Ri 寄存器 Rn 立即数 #data 数据指针 DPTR MCS-51单片机片内数据传送图

  9. 1）以累加器A为目的操作数 2）以工作寄存器Rn为目的操作数

  10. 3）以直接寻址为目的操作数（内部RAM单元或SFR寄存器）3）以直接寻址为目的操作数（内部RAM单元或SFR寄存器） 例：MOV A,4FH ；RAM的4FH单元内容送A MOV A,#4FH ；立即数送A MOV 4FH,#4FH ；立即数送RAM的4FH单元

  11. 4）以间接寻址为目的操作数 例如：设（30H）=6FH，R1=40H，执行MOV @R1，30H后，30H单元中数据取出送入R1间接寻址的40H单元，（40H）=6FH。 5）16位数据传送指令（唯一的16位数据一次传送指令）

  12. 6）外部数据传送指令 7）查表指令 例1：已知A=30H，DPTR=3000H，ROM中（3030H）=50H，执行 MOVC A，@ A+DPTR 后，A=50H。 例2：（书P61）

  13. 例：设内部RAM（30H）＝40H，（40H）＝10H，P1口输入0CAH（11001010B）。例：设内部RAM（30H）＝40H，（40H）＝10H，P1口输入0CAH（11001010B）。 • 执行： • MOV R0,#30H ；（R0）←＃30H • MOV A,@R0 ；（A） ←（30H） • MOV R1,A ；（R1） ←（A）＝40H • MOV B,@R1 ；（B） ←（40H）＝10H • MOV @R1,P1 ；（40H） ←＃0CAH • MOV P2,P1 ；（P2） ←＃0CAH • 执行完后，（R0）＝30H，（A）＝（R1）＝40H • （B）＝10H，（40H）＝0CAH，（P2）＝0CAH

  14. 8）累加器传送类指令 例：设（R0）＝20H，（A）＝3FH，（20H）＝75H， 执行：XCH A，@R0 结果：（A）＝75H，（20H）＝3FH。 例：（R0）＝20H，（A）＝36H，（20H）＝75H， 执行：XCHD A，@R0 结果：（A）＝35H，（20H）＝76H 执行：SWAP A 结果：（A）＝63H

  15. 片内RAM 片内RAM 片内RAM 片内RAM 40H 50H 40H 50H 40H 40H 34H ×× 30H 30H 30H 30H ×× 11H 50H 34H 11H 11H 11H 34H SP ×× ×× ×× ×× 10H 10H SP 10H 10H 执行前 执行前PUSH指令后 执行前 执行POP指令后 SP SP 9）堆栈操作指令 PUSH 40H POP 30H

  16. √堆栈区由特殊功能寄存器堆栈指针SP管理 √堆栈区可以安排在 RAM区任意位置，一般不安排在工作寄存器区和可按位寻址的RAM区,而是放在RAM区的靠后的位置 √堆栈总是指向栈顶 √通常PUSH与POP两条指令成对使用 例：设(A)=7BH，(35H)=11H，并且（SP）＝60H,(60H)=35H。 PUSH ACC ;(61H)  #7BH PUSH 35H ;(62H)  (35H) ；即：(62H)  #11H POP ACC ;(A)  (62H) 即：(A) #11H POP 5AH ;(5AH)  (61H) 即：(5AH)  #7BH POP SP ；数据出栈，(SP)-1→(SP)，后再进栈， (SP)+1→(SP)，((原SP))=(60H)=35H→((SP)),执行后（SP）＝60H。先SP指针减1为5FH，后装入由栈顶退出的值，原栈顶内容35H送堆栈。

  17. 方法1（直接地址传送法）： MOV 31H，30H MOV 30H，40H MOV 40H，31H SJMP $ 【例】将片内RAM 30H 单元与 40H 单元中的内容互换。 • 方法3（字节交换传送法）： • MOV A，30H • XCH A，40H • MOV 30H，A • SJMP $ • 方法2（间接地址传送法）： • MOV R0，#40H • MOV R1，#30H • MOV A，@R0 • MOV B，@R1 • MOV @R1，A • MOV @R0，B • SJMP $ • 方法4（堆栈传送法）： • PUSH 30H • PUSH 40H • POP 30H • POP 40H • SJMP $

  18. 3.算术运算类指令（*ALU部件仅执行无符号二进制整数的算术运算）3.算术运算类指令（*ALU部件仅执行无符号二进制整数的算术运算） • 1）加法指令 标志位影响：AC、C、OV、P 例：（A）＝0C3H，（R0）＝0AAH，执行：ADD A，R0 结果：和＝6DH，AC＝0，C＝1，OV＝1。 注：当无符号数运算时OV无意义。

  19. 2）带进位加法指令 标志位影响：AC、C、OV、P 注：分两步，先（A）＋（C），再与源操作数相加，最后得结果。常用于多字节相加。 例：设（A）＝0C3H，（R0）＝0AAH, （C）＝1,执行：ADDC A，R0， 结果：和＝6EH，存于A， AC＝0，C＝1，OV＝1。

  20. 【例】 试把存放在 R1 R2 和 R3 R4 中的两个16位数相加，结果存于 R5 R6 中。 • 解：参考程序如下： • CLR C • MOV A，R2 ；取第一个数的低8位 • ADD A，R4 ；两数的低8位相加 • MOV R6，A ；保存和的低8位 • MOV A，R1 ；取第一个数的高8位 • ADDC A，R3 ；两数的高8位相加，并把低8位相加时 • 的进位位加进来 • MOV R5， A ；把相加的高8位存入R5寄存器中 • SJMP $

  21. 3）带借位减法指令 标志位影响：AC、C、OV、P 例1：设（A）＝0C9H，（R2）＝54H，（C）＝1 执行： SUBB A，R2 结果：（A）＝74H，AC＝0，C＝0，OV＝1 注：在进行单字节或多字节减法前，如C未 知，应先清C；OV在无符号数运算时无意义。

  22. 例2：多字节减法 • 设被减数和结果存于R0间址单元，减数存于R1间址，字节数存于R2单元，要求对结果的溢出位检查，溢出则转向YC。 • 程序： • CLR C ；清C • JF: MOV A,@R0 ；被减数送A • SUBB A,@R1 ；(A)-(C)-((R1)) • MOV @R0,A ；结果存R0 • INC R0 ；指向下一个被减数 • INC R1 ；指向下一个减数 • DJNZ R2,JF ；（R2）－1＝0，结束循环 • JB OV,YC ；判跳，OV＝1跳，否则往下运行 • …… • YC: …… • 注：此程序可以看作是比较两个多字节数的大小问题。

  23. 4）BCD码修正指令 DA A • 把A中按二进制相加的结果调整成按BCD码相加的结果，如 • （A0～3）>9或（AC）＝1，则（A0～3）＋06H→ （A0～3）, • 如（A4～7）>9或（C）＝1，则（A4～7）＋60H→（A4～7） • 注： • 本指令紧跟在加法指令后。 • 本指令不能简单的把16进制数变换成BCD码。 • 本指令是对BCD码加法结果进行调整，两个压缩型BCD码相加后必须经本指令调整后才得到压缩型BCD码得和数。本指令不能进行二～十进制减法的调整。 • 在调整过程中，如果产生最高进位，则置C，反之，不清C；这时C的置位表示和数BCD码大于100。适用于多字节十进制加法。 • 不影响OV位。

  24. 例1：（A）=65BCD，（B）=78BCD，C=0，执行下列语句：例1：（A）=65BCD，（B）=78BCD，C=0，执行下列语句： • ADD A，B • DA A • 后，得（A）=43 BCD，C=1，表示结果是143。 • 例2：BCD码的减1操作可用加#99H来求得，条件是不计进位位。（相当于以模#100D计算） • 设（A）＝30BCD， • 执行： • ADD A，＃99H • DA A • 得：结果（A）＝29H，C＝1不计。 • 注：主要运用十六进制数得模为16。

  25. 例3：6位BCD码相加 • 设被加数存于RAM的32H、31H、30H单元，加数存于42H、41H、40H单元，和存于52H、51H、50H单元，已转换为BCD码。检查进位标志C位。 • 程序： • MAIN: CLR C • MOV A,30H • ADD A,40H • DA A • MOV 50H,A • MOV A,31H • ADDC A,41H • DA A • MOV 51H,A • MOV A,32H • ADDC A,42H • DA A • MOV 52H,A • JC YC ;C=1跳转 • ……

  26. 例4：十进制减法 • 设压缩型BCD码的减数存于符号地址MINUEND单元，减数存于SUBSTR，结果存于RES单元。 • 注：MCS－51没有十进制减法指令，必须采用补码相加的方法，用#9AH减去减数即得以十为模的补码。亦即＃100D为模。 • 程序： • MAIN: CLR C ；清C • MOV A,#9AH • SUBB A,SUBSTR ；求减数的补码 • ADD A,MINUEND ；补码相加 • DA A ；BCD码调整 • MOV RES，A ；得结果，送RES • CLR C

  27. 5）加1指令 • 例：书P.64例1、例2。 • 注： • 不影响标志位。 • 如原值为0FFH，执行指令后为00H。 • DPTR是唯一一个能进行增量操作的16位寄存器。 • 如果对I/O口加1时，操作时针对端口的锁存器，而不是从引脚读入。

  28. 6）减1指令 • 注： • 不影响标志位。 • 如原值为00H，执行指令后为FFH。 • DPTR是唯一一个能进行减1操作的16位寄存器。 • 如果对I/O口减1时，操作时针对端口的锁存器，而不是从引脚读入。

  29. 7）乘法指令 • MUL AB ；BA← A×B • A和B中各存放一个8位无符号数，指令执行后，16位乘积的高8位在B中，低8位存A中，清C和OV；乘积>255（0FFH），OV置1。 • 例1：A=30H，B=60H，执行 MUL AB 后，A=00H，B=12H。 • 例2：书P.68例2。 8）除法指令 DIV AB ；A÷B→商在A中，余数在B中 A和B中各存放一个8位无符号数，A放被除数，B放除数。指令执行后，A中存放商，B中存入余数，清C和OV。若B=00H，则指令执行后OV=1，清C，A与B不变。 例如，A=30H，B=07H，执行 DIV AB 后，A=06H，B=06H。

  30. 例：16位数（双字节）相乘。 • 分析：设被乘数高、低字节为XH和XL，乘数为YH和YL，则乘积为 • （ XH ×28+XL）× （ YH ×28+YL）＝（ XH ×28+XL）× YH ×28+ （ XH ×28+XL）×YL • 根据上式，两个16为数相乘可化为乘数的高、低字节分别与被乘数相乘，两个乘积错位一个字节相加，其和为两个16位数相乘的结果。对应的程序可组织成两重循环结果，其内循环完成8位数与16位数相乘，并将乘积累加和加到结果单元。结果占4个单元。 • 入口： • RLADR单元：结果最低字节； • XRADR单元：被乘数最低字节，XLADR－1存放被乘数高字节； • YDH单元：存放乘数高字节 • YDL单元：存放乘数低字节

  31. 程序： • DMUL：MOV R4,YDDL ；乘数低字节送R4 • MOV R3,#2 ；外循环次数送R3 • DMUL1: MOV R2,#2 ；内循环次数送R2 • MOV R1,RLADR ；结果低字节地址送R1 • MOV R0,XLADR ；被乘数最低字节地址 送R0 • DMUL2: MOV A,@R0 ；被乘数送A • MOV B,R4 ；乘数送B • MUL AB • ADD A,@R1 ；乘积的字节加到结果单元 • MOV @R1,A • DEC R1 ；R1指向高一个字节结果地址 • MOV A,B ；乘积高字节B→A

  32. ADDC A,@R1 ；乘积高字节与结果单元相加 • MOV @R1,A ；存结果单元 • DEC R1 ；R1指向高一个字节结果单元 • CLR A • ADDC A,@R1 ；将进位加到结果单元 • MOV @R1,A • INC R1 ；结果单元地址加1 • DEC R0 ；R0指向被乘数的高一个字节 • DJNZ R2,DMUL2 ；判内循环2次完成否？ • MOV R4,YDH ；乘数高字节送R4 • DEC RLADR • DJNZ R3,DMUL1 ；跳回DMUL1进行双字节被乘数和 高字节乘数相乘

  33. 另一思路：

  34. 4.逻辑运算类指令 • 1）逻辑与运算指令 例1：（A）＝0C3H，（R0）＝0AAH，执行 ANL A，R0 得（A）＝82H 例2：用ANL来屏蔽某些不用位。方法：将该位用“0”相“与”，目的操作数常用直接寻址方式，源操作数用立即数。 如：ANL P1，＃01100110B。

  35. 2）逻辑或运算指令 例1：（A）＝0C3H，（R0）＝55H，执行ORL A，R0 得（A）＝0D7H 例2：用ORL可置某些位。方法：将需置位得位与“1”相“或”，目的操作数常是直接寻址方式，源操作数是立即数。 如：ORL P1，＃00110010B。

  36. 3）逻辑异或运算指令 例1： （A）＝0C8H，（R0）＝0AAH，执行XRL A，R0 得（A）＝69H 例2：用XRL来对某些位取反。方法：将需取反得位与“1”相“异或”，目的操作数常是直接寻址方式，源操作数是立即数。 如：XRL P1，＃00110001B。 例3：可用XRL来判断两个数是否相等。相等，结果为全“0”。

  37. 4）循环移位指令 5）清零、取反指令

  38. 01011101 01011101 01011101 1 01011101 1 • 例1:(A)=55H(01011101B)，C＝1 • 执行 • CLR A （A）＝00000000H • CPL A （A）＝10100010H • RL A （A）＝10111010H • RLC A （A）＝10111011H，C＝0 • RR A （A）＝10101110H • RRC A （A）＝10101110H，C＝1

  39. 6）空操作指令 例：书P.82 7）子程序调用与返回指令 • RET用于子程序返回和RETI用于中断服务子程序。 • RETI能告知中断系统，中断服务子程序已执行结束，恢复中断逻辑以接受新的中断请求。而RET只能结束子程序，不能结束中断逻辑。

  40. 绝对调用ACALL： • ACALL为双字节，可寻址空间：包含当前指令（即调用指令的下一条指令）的第一个字节在内的2K字节范围内的程序存储器中（即与其高5位地址相同）。 • 在执行ACALL时，PC的高5位（PC11～15）保持不变。A10a9a83位为页地址，a0～7为页内地址，即256个单元为一页。 • 例：（SP）＝07H，符号地址“SUBSTR”为0345H，在（PC）＝0123H处执行 ACLL SUBSTR 结果：（PC）＋2＝0123H＋2＝0125H，压栈， （SP）＋1＝07H+1＝08H，（08H）＝25H， （SP）＋1＝08H+1＝09H，（09H）＝01H， SUBSTR＝0345H送PC，（PC）＝0345H，程序转向0345H执行。

  41. 长调用LCALL： • 后者为三字节，可寻址空间：64K字节程序存储器空间的任何位置。 • 例：（SP）＝07H，符号地址”SUBSTR“为5678H，在（PC）＝0123H处执行 LCALL SUBSTR 结果：（PC）＋3＝0123H＋3＝0126H，压栈， （SP）＋1＝07H+1＝08H，（08H）＝26H， （SP）＋1＝08H+1＝09H，（09H）＝01H， SUBSTR＝5678H送PC，（PC）＝5678H，程序转向5678H执行。 如果在子程序中执行RET，则SP，PC的值？

  42. 5.位操作类指令 • 1）位数据传送指令 • 2）位置位、取反指令

  43. 例1：C=1,P3 口的输入数据为1100 0101B，P1口的输出数据为0011 0101B,执行 MOV P1.3，C MOV C，P3.3 MOV P1.2，C • 结果：C=0，P3口不变，P1为0011 1001B。 • 例2：P. 88例2实现两个存储器高低位相反的情况。通过移位，送C，后通过位传送达到。 • 例3：C=0，P1口为0011 0100B SETB C SETB P1.0 • 例：执行下列指令，数据如例3： CPL P1.0 CPL P1.4 • 得：P1口0010 0101B

  44. 3）位逻辑操作指令

  45. 例：编写一段程序，实现如图的逻辑功能。 • 其中，U、V是P1.1、P1.2的状态，W为Timer0的溢出中断请求标志位TF0，X为中断1标志IE1，Y、Z是20H.0、21H.1位，输出Q为P3.3。 • 程序： • U:BIT P1.1 • V:BIT P2.2 • W:BIT TF0 • X:BIT IE1 • Y:BIT 20H.0 • Z:BIT 21H.1 • Q:BIT P3.3 • MIAN:MOV C,V ORL C,W ANL C,U MOV F0,C MOV C,X ORL C,/Y ANL C,F0 ANL C,/Z MOV Q,C

  46. 4）位条件转移指令 注：1.前4条指令对bit位的测试不影响原变量。 2.执行完JBC指令后，不管该变量为何值，检测后bit位 都为“0”。

  47. 例1：C=0 执行 JC LABEL1 CPL C ;C=1 JC LABEL2 … • LABEL2:JNC LABEL3 CPL C ;C=0 JNC LABEL4 … • 结果：程序转向LABEL4。 • 例2：设（A）＝01010110H，（P1）＝11001010B。 • 1. JB P1.2,LABEL1 JNB A.3,LABEL2 2. JBC A.3,LABEL3 JBC A.4,LABEL4 ;（A.4）=0

  48. 6.控制转移类指令 • 1）无条件转移指令 • 绝对（短）转移指令 • AJMP addr11 ；PC10～0 ← addr11 • ——可在指令所在的2K范围内跳转 • 长转移指令 • LJMP addr16 ；PC ← addr16 • ——可在64K范围内跳转 • 短（相对）转移指令 • SJMP rel ；PC ← PC + 2 + rel ——可在当前PC值-128与+127范围内跳转 • 间接转移指令 • JMP @A+DPTR ；PC ← A + DPTR • ——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

  49. 例1：设（rel）＝FEH，执行 • JMPD：SJMP JMPD • （因为FEH为补码，真值是-2，则目的地址PC＝PC＋2－2，转向自己，程序在原处无限循环。此方法常用于程序暂停。） • 例2：设A中的内容为0～6之间的偶数。实现多分支选择转移指令。 • MOV DPTR,#JMP-TBL • JMP @A+DPTR • … • JMP-TBL:AJMP L0 • AJMP L1 • AJMP L2 • AJMP L3 注：1.分支表长度不能超过256字节 2.与其他三条指令相比，前者转移的目标地址在汇编时是已知的，本指令的目标地址是动态的，是以DPTR为起始的256字节单元。 3.如目标地址超过64K，程序从0000H往下延续，即以216为模。

  50. 2）条件转移指令 • 累加器为零（非零）转移指令 • JZ rel ；当（A）＝“0”，（PC）＝（PC）＋rel • JNZ rel ; 当（A）≠“0”，（PC）＝（PC）＋rel • 循环转移指令 • DJNZ Rn（或direct），rel；（PC）←（PC）＋2 • （Rn）←（Rn）－1，（Rn）≠0则转移 • 比较转移指令 • CJNE （目的字节），（源字节），rel ；影响标志位C • 相对偏移量rel的求法 • MCS－51系列rel经汇编后在代码中用偏移量的补码表示，以加法代减法

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