第二节 MCS—51指令系统

用于计算机完成各种指定操作的命令称为指令（Instruction）。一台计算机所能执行的各种指令的集合称为它的指令系统（Instruction Set）。不同的计算机有不同的指令系统，计算机的性能与指令系统的功能是否强大有很大的关系。

指令的表示方法称为指令格式，一条指令通常由操作码和操作数两部分组成。操作码用来规定指令要进行的操作；操作数则是指令操作的对象。操作数可能是一个具体的数据，也可能是指出获取数据的地址。

一、MCS—51的寻址方式

指令中说明操作数据所在地址的方式即寻址方式（Addressing mode）。寻址的“地址”即为操作数所在的存放位置，单片机有7种寻址方式。

1.直接寻址方式

直接寻址就是在指令中直接给出操作数地址的寻址方式。例如：MOV A，68H，这条指令的意义是把内部RAM中的68H单元中的数据内容传送到累加器A中。这种寻址方式能够使用利用直接字节地址来寻址的存储器空间内部RAM和特殊功能寄存器。

2.寄存器寻址方式

寄存器寻址对选定的8个工作寄存器R0～R7进行操作，以寄存器的内容为操作数的寻址方式。例如指令MOV A，R1，这条指令的意义是把R1中的内容送到累加器A中。

3.寄存器间接寻址方式

以寄存器中的内容为地址，该地址中的内容为操作数的寻址方式。例如指令MOV A，＠R0，这条指令的意义是将R0寄存器指向的地址单元中的内容送到累加器A中。假如R0=＃56H，此指令的功能是将56H单元中的数据送到累加器A中。寄存器间接寻址方式可用于访问内部RAM或外部数据存储器。外部数据存储器的空间为64KB，可采用DPTR寄存器作为间址寄存器进行访问，指令如下：MOVX A，＠DPTR，即将DPTR指向的外部RAM单元的内容送到累加器A中。

4.立即寻址方式

指令中直接给出操作数的寻址方式。指令中的立即操作数称为立即数，以“＃”符号表示。例如：MOV A，＃0EH，即将0EH这个操作数送到累加器A中。除8位立即数外，MCS—51指令系统中还有一条16位立即寻址指令，以＃data16表示16位立即数，该指令为：MOV DPTR，＃data16，其功能是把16位立即数送数据指针DPTR。

5.变址寻址方式

以DPTR或PC作基址寄存器，以累加器A作变址寄存器，两者内容之和形成的16位操作数地址的寻址方式。例如指令：MOVC A，＠A+DPTR，其功能是把DPTR和A的内容相加，相加后的结果作为程序存储器的地址，再把该地址单元的内容送到累加器A中。

6.位寻址方式

MCS—51可以对数据位进行操作，因此就有相应的位寻址方式。位寻址指令中直接使用位地址，例如：MOV C，3AH，指令功能是把3AH位的内容（状态）送进位位C。

7.相对寻址方式

相对寻址方式是为了程序的跳转而设计的。以PC的内容为基址，加上指令给出的偏移量rel作为转移的目的地址。转移的目的地址可用如下公式表示

目的地址=转移指令地址+转移指令字节数+偏移量

二、分类指令

MCS—51单片机指令系统共有指令111条，分为数据传送类、算术运算类、逻辑运算类、移位类、位操作类5大类。

1.指令格式中符号说明

Rn：当前指定的工作寄存器组中的R0～R7，n=0～7。

Ri：当前指定的工作寄存器组中的R0～R1，n=0～1。

dir：8位直接字节地址（在内部RAM和特殊功能寄存器空间中）。

＃data：8位立即数。

＃data16：16位立即数。

addr16：16位目的地址值。

Addr11：11位地址值。

rel：相对偏移量，为8位带符号补码数。

bit：位地址值，在位地址空间中。

（X）：某寄存器或某单元的内容。

（（X））：由X间接寻址的单元的内容。

2.数据传送指令

（1）以累加器A为目的操作数类指令（4条）。将源操作数指向的内容送到累加器A。源操作数有直接、立即数、寄存器和寄存器间接等寻址方式。

（2）以寄存器Rn为目的操作数的指令（3条）。将源操作数指定的内容送到所选定的工作寄存器Rn中。源操作数有直接、立即和寄存器等寻址方式。

（3）以直接地址为目的操作数的指令（5条）。将源操作数指定的内容送到直接地址direct所选定的片内RAM中。源操作数有直接、立即、寄存器和寄存器间接等寻址方式。

（4）以间接地址为目的操作数的指令（3条）。将源操作数指定的内容送到以Ri中的内容为地址的片内RAM中。源操作数有直接、立即和寄存器等寻址方式。

（5）查表指令（2条）。对存放于程序存储器中的数据表格进行查找传送，使用变址寻址方式。

（6）累加器A与片数据存储器RAM传送指令（4条）。累加器A与片外RAM间的数据传送，使用寄存器寻址方式。

（7）堆栈操作类指令（2条）。将直接寻址单元的内容传送到堆栈指针SP所指的单元中，或把SP所指单元的内容送到直接寻址单元中。下述的第1条常称为入栈操作指令，第2条称为出栈操作指令。

（8）交换指令（5条）。将累加器A中的内容与源操作数所指的数据相互交换。

（9）16位数据传送指令（1条）。将16位立即数送入 DPTR（也称数据指针）。

3.算术运算指令

算术运算主要是执行加、减、乘、除、加1、减1和十进制调整等指令。

（1）加法指令。将立即数、直接地址、工作寄存器及间接地址内容与累加器A的内容相加，运算结果存于A中，源操作数不变。

（2）带进位加法指令。带进位加法指令除与ADD功能相同外，在进行加法运算时还需考虑进位位C的内容。

带进位加法指令常用于多字节数的加法运算。

（3）带借位减法指令。这组指令包含立即数、直接地址、间接地址及工作寄存器与累加器A连同借位位C的内容相减，结果送回累加器A中。在进行减法运算中，C=1表示有借位，C=0则无借位。在进行减法运算前，如果不知道借位标志位C的状态，则应先对C进行清零操作。

（4）乘法指令。将累加器A和寄存器B中的8位无符号数相乘，所得到的是16位乘积，这个结果低8位存在累加器A，而高8位存在寄存器B中。

（5）除法指令。将累加器A中的8位无符号整数除以寄存器B中的8位无符号整数，所得到的商存在累加器A，而余数存在寄存器B中。

（6）加1指令。将源操作数的内容加1，结果送回源操作数。主要用于修改地址指针和计数的次数。

（7）减1指令。将所指的源操作数的内容减1，结果送回源操作数。

（8）十进制调整指令。在进行BCD码运算时，这条指令总是跟在ADD或ADDC指令之后，其功能是将执行加法运算后存于累加器A中的结果进行十进制调整和修正。指令格式为：

DA A

4.逻辑运算及移位指令

（1）逻辑运算指令。逻辑运算都是按位进行操作，MCS—51单片机对操作数可进行与、或、异或、非4种逻辑运算。

1）逻辑与指令。将源操作数和目的操作数内容按位执行与操作，将结果送到目的操作数中，源操作数中的内容保持不变。

在逻辑运算中有：1 ∧ X=X，0 ∧ X=0。因此，可用ANL指令实现对目的操作数的某些位进行清零；某些位保持不变。如ANL A，＃0FH，指令执行后使A的高4位置0，低4保持不变。

2）逻辑或操作指令。将源操作数和目的操作数按位执行或操作，将结果送到目的操作数中，源操作数保持不变。

在逻辑或运算中有：1 ∨ X=1，0 ∨ X=X。因此，可用ORL指令实现对目的操作数的某些位进行置1；某些位保持不变。

3）逻辑异或操作指令。将源操作数和目的操作数按位执行异或操作，将结果送到目的操作数中，源操作数不变。

在逻辑异或运算中有：1X=/X（取反），0X=X，因此，可用XRL指令实现对目的操作数的某些位进行求反，某些位保持不变。

4）累加器求反指令。将累加器A中的内容逐位取反后送回A中。指令格式为CPL A

（2）循环移位指令。MCS—51单片机的移位指令只能对累加器A进行逻辑移位，执行一次指令只能移一位。移位操作有循环左移、循环右移、带进位循环左移和带进位循环右移4种，图3-5为循环移位指令的执行过程示意图。

1）循环左移指令

RL A

2）循环右移指令

RR A

3）带进位循环左移指令

RLC A

4）带进位循环右移

RRC A

5.位操作指令

布尔处理功能是MCS—51系列单片机的一个重要特征，是以位（bit）为单位进行操作的。

（1）位传送指令。在可寻址位bit与累加位C之间的传送操作。位传送指令有以下两种形式。

（2）位运算指令。位运算有与、或、非等位操作，指令格式如下。

（3）置位与复位指令。对C及可寻址位进行置位或复位操作，共有4条指令，格式如下。

（4）位控制转移指令。位控制转移指令是以位的状态作为实现程序转移的判断条件，指令格式如下。

6.控制转移类指令

通常情况下，程序的顺序执行是由PC自动加1实现的。要改变程序的执行顺序，实现分支转移，应通过控制转移类指令强迫改变PC值的方法来实现。

（1）条件转移指令。

1）短跳转指令。

AJMP addr11

这是2K字节范围内的无条件跳转指令。AJMP把MCS—51单片机的64K程序存储器空间划分为32个区，每个区2K字节，转移的目标地址必须与AJMP下一条指令的第一个字节在同一2K个字节区范围内。执行该指令时，先将PC加2，然后把addr11送入PC.10～PC.0，PC.15～PC.11保持不变，程序转移到目标地址指定的地方。

2）相对转移指令。

SJMP rel

这是无条件转移指令，其中rel为相对偏移量。rel能实现的程序转移是双向的。rel为正，则向后转移；rel为负，则向前转移。执行本指令时，在PC加2（本指令为2个字节）之后，把指令的有符号的偏移量rel加到PC上，并计算出目标地址。用户在编写程序时，只需在相对转移指令中，直接写上要转向的目标地址标号就可以了。

例如：LOOP：MOV A，＃67H；LOOP标示的指令

：

：

SJMP LOOP；程序跳到LOOP所标示的指令位置

：

：

程序在汇编时，由汇编程序自动计算偏移量rel。

3）长跳转指令。

LIMP addr16

这条指令执行时无条件地转向addr16指出的目标地址。转移的目标地址可以在64K程序存储器地址空间的任何位置。

4）间接跳转指令。

JMP＠A+DPTR

这是一条单字节的转移指令，转移的目标地址由A中8位无符号数与DPTR的16位数内容之和来确定。本指令以DPTR内容作为基址，A的内容作变址。因此，只要把DPTR的值固定，而给A赋予不同的值，即可实现程序的多分支转移。

（2）条件转移指令。执行条件转移指令时，如指令中规定的条件满足，则进行转移，条件不满足则顺序执行下一条指令。当条件满足时，把下一条指令的第一个字节地址装入PC，再把指令中带符号的相对偏移量rel加到PC上，计算出应转向的目标地址。转移的目标地址在以下一条指令地址为中心的256个字节范围内（-128～+127）。

1）以累加器A的内容为转移条件。

2）比较不相等则转移指令。

3）减1不为0转移指令。这是一组把减1与条件转移两种功能结合在一起的指令，共两条。

（3）调用子程序指令。

1）短调用指令。

ACALL addr11

这是2K字节范围内的凋用子程序的指令。执行时先把PC加2（本指令为2字节指令），获得下一条指令地址，把该地址压入堆栈中存放起来，最后调子程序，就是把PC的高5位和指令代码中的addr11连接获得16位的子程序入口地址，并送入PC，转向执行子程序。所调用的子程序地址必须与ACALL指令下一条指令的第一个字节在同一个2KB区内。

2）长调用指令。

LCALL addr16

LCALL指令可以调用64K字节范围内程序存储器中的任何一个子程序。指令执行时，先把程序计数器加3（本指令为3字节指令）获得下条指令的地址，并把它压入堆栈，同时把堆栈指针加2。接着把addr16装入PC中，然后从PC指向的地址开始执行程序。

（4）子程序的返回指令。

RET；从调用子程序返回，与LCALL或ACALL指令配合使用。

（5）中断返回指令。

RETI；从中断服务程序中返回。

（6）空操作指令。

NOP

执行该指令时CPU不进行任何实际操作，只消耗一个机器周期的时间。只执行（PC）+1→PC操作。NOP指令常用于程序中的等待或时间的延迟。

三、伪指令

伪指令在汇编程序中将各分类指令翻译成机器指令提供信息，汇编时不生成代码。汇编语言的伪指令较多，本书仅介绍常用的一部分。

1.常量和标号

（1）常量。常量是指在汇编时已经有确定数值的量。以数值形式出现在符号指令中的常量称数值常量；使用预先定义的名称来表示的常量称符号常量。

符号常量由伪指令EQU定义，其格式如下：

常量名 EQU 表达式

如：PI EQU 30H；30H→PI

（2）标号。MCS—51 MBUG把标号分为数据标号和指令标号两类。

1）数据标号。数据标号是程序存储器中的数据或数据区的符号表示。数据标号名即是数据的地址或数据区的首地址。指令中的存储器操作数可以用数据标号或地址表达式给出。数据标号使用数据定义伪指令DB（定义字节）和DW（定义字）来定义。其格式是：

［数据标号名］数据定义伪指令 表达式［，…］

用DW定义的字数据标号占用两个存储单元，低地址单元存放的是字的高字节，高地址单元存放的是字的低字节。如有一字数据标号的定义为

ABC DW 1234H

其中，ABC单元的内容为12H，ABC+1单元的内容为34H。

2）指令标号。指令标号是指令地址的符号表示。直接写在指令前，用冒号“：”隔开。如标号CYCLE的定义为

CYCLE：MOV A，＠R0

2.程序的定位和结束伪指令

（1）置汇编地址计数器伪指令。汇编地址计数器的值可以用伪指令ORG设置，其格式为

ORG 数值表达式

功能是将汇编地址计数器的值设置成数值表达式的值。其值的范围是0000H～FFFFH。在程序的第一条指令之前，若没有设置ORG伪指令，汇编地址时程序计数器的值将被设置为0000H。

（2）源程序结束伪指令。源程序结束伪指令的格式为

END

功能是标志整个程序汇编结束。