MCS-51指令系統(tǒng)概述

一個(gè)單片機(jī)所需執(zhí)行指令的集合即為單片機(jī)的指令系統(tǒng)。單片機(jī)使用的機(jī)器語言、匯編語言及高級語言，但不管使用是何種語言，最終還是要“翻譯”成為機(jī)器碼，單片機(jī)才能執(zhí)行之?，F(xiàn)在有很多半導(dǎo)體廠商都推出了自己的單片機(jī)，單片機(jī)種類繁多，品種數(shù)不勝數(shù)，值得注意的是不同的單片機(jī)它們的指令系統(tǒng)不一定相同，或不完全相同。但不管是使用機(jī)器語言、匯編語言還是高級語言都是使用指令編寫程序的。

所謂機(jī)器語言即指令的二進(jìn)制編碼，而匯編語言則是指令的表示符號 。在指令的表達(dá)式上也不會直接使用二進(jìn)制機(jī)器碼，最常用的是十六進(jìn)制的形式。但單片機(jī)并不能直接執(zhí)行匯編語言和高級語言，都必須通過匯編器“翻譯”成為二進(jìn)制機(jī)器碼方能執(zhí)行，但如果直接使用二進(jìn)制來編寫程序，那將十分不便，也很難記憶和識別，不易編寫、難于辨讀，極易出錯(cuò)，同時(shí)出錯(cuò)了也相當(dāng)難查找。所以現(xiàn)在基本上都不會直接使用機(jī)器語言來編寫單片機(jī)的程序。最好的辦法就是使用易于閱讀和辨認(rèn)的指令符號來代替機(jī)器碼，我們常稱這些符號為助記符，用助記符的形式表示的單片機(jī)指令就是匯編語言，為便于記憶和閱讀，助記符號通常都使用易于理解的英文單詞和拼音字母來表示。

每種單片機(jī)都有自己獨(dú)特的指令系統(tǒng)，那么指令系統(tǒng)是開發(fā)和生產(chǎn)廠商定義的，如要使用其單片機(jī)，用戶就必須理解和遵循這些指令標(biāo)準(zhǔn)，要掌握某種(類)單片機(jī)，指令系統(tǒng)的學(xué)習(xí)是必須的。

MCS-51共有111條指令，可分為5類：

[1].數(shù)據(jù)傳送類指令(共29條)

[2].算數(shù)運(yùn)算類指令(共24條)

[3].邏輯運(yùn)算及移位類指令(共24條)

[4].控制轉(zhuǎn)移類指令(共17條)

[5].布爾變量操作類指令(共17條)

一些特殊符號的意義

在介紹指令系統(tǒng)前，我們先了解一些特殊符號的意義，這對今后程序的編寫都是相當(dāng)有用的。

Rn——當(dāng)前選中的寄存器區(qū)的8個(gè)工作寄存器R0—R7(n=0-7)。

Ri——當(dāng)前選中的寄存器區(qū)中可作為地址寄存器的兩個(gè)寄存器R0和R1(i=0,1)

direct—內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲單元的8位地址。包含0—127(255)內(nèi)部存儲單元地址和特殊功能寄存地址。

#data—指令中的8位常數(shù)。

#data16—指令中的16位常數(shù)。

addr16—用于LCALL和LJMP指令中的16目的地地址，目的地址的空間為64kB程序存儲器地址。

#addr11—用于ACALL和AJMP指令中的11目的地地址，目的地址必須放在與下條指令第一個(gè)字節(jié)同一個(gè)2kB程序存儲器空間之中。

rel—8位帶符號的偏移字節(jié)，用于所有的條件轉(zhuǎn)移和SJMP等指令中，偏移字節(jié)對于下條指令的第一個(gè)字節(jié)開始的-128——+127范圍內(nèi)。

@—間接寄存器尋址或基址寄存器的前綴。

/—為操作的前綴，聲明對該位操作書取反。

DPTR—數(shù)據(jù)指針。

bit—內(nèi)部RAM和特殊功能寄存器的直接尋址位。

A—累加器。

B—累加器B。用于乘法和除法指令中。

C—進(jìn)位標(biāo)志位。

(x)—某地址單元中的內(nèi)容。

((x))—由X尋址單元中的內(nèi)容。

MCS-51的尋址方式

尋址的“地址”即為操作數(shù)所在單元的地址，絕大部分指令執(zhí)行時(shí)都需要用到操作數(shù)，那么到哪里去取得操作數(shù)呢?最易想到的就是告訴CPU操作數(shù)所在的地址單元，從那里可取得響應(yīng)的操作數(shù)，這便是“尋址”之意。MCS-51的尋址方式很多，使用起來也相當(dāng)方便，功能也很強(qiáng)大，靈活性強(qiáng)。這便是MCS-51指令系統(tǒng)“好用”的原因之一。下面我們分別討論幾種尋址方式的原理。

[1].直接尋址

指令中操作數(shù)直接以單元地址形式出現(xiàn)，例如：

MOV A,68H

這條指令的意義是把內(nèi)部RAM中的68H單元中的數(shù)據(jù)內(nèi)容傳送到累加器A中。值得注意的是直接尋址方式只能使用8位二進(jìn)制地址，因此這種尋址方式僅限于內(nèi)部 RAM進(jìn)行尋址。低128位單元在指令中直接以單元地址的形式給出。對于特殊功能寄存器可以使用其直接地址進(jìn)行訪問，還可以以它們的符號形式給出，只是特殊功能寄存器只能用直接尋址方式訪問，而無其它方法。

[2].寄存器尋址

寄存器尋址對選定的8個(gè)工作寄存器R0-R7進(jìn)行操作，也就是操作數(shù)在寄存器中，因此指定了寄存器就得到了操作數(shù)，寄存器尋址的指令中以寄存器的符號來表示寄存器，例如：

MOV A,R1

這條指令的意義是把所用的工作寄存器組中的R3的內(nèi)容送到累加器A中。

值得一提的是工作狀態(tài)寄存器的選擇是通過程序狀態(tài)字寄存器來控制的，在這條指令前，應(yīng)通過PSW設(shè)定當(dāng)前工作寄存器組。

[3].寄存器間接尋址

寄存器尋址方式，寄存器中存放的是操作數(shù)，而寄存器間接尋址方式，寄存器中存放的則為操作數(shù)的地址，也即操作數(shù)是通過寄存器指向的地址單元得到的，這便是寄存器間接尋址名稱的由來。

例如指令：

MOV A,@R0

這條指令的意義是R0寄存器指向地址單元中的內(nèi)容送到累加器A中。假如R0=#56H，那么是將56H單元中的數(shù)據(jù)送到累加器A中。

寄存器間接尋址方式可用于訪問內(nèi)部RAM或外部數(shù)據(jù)存儲器。訪問內(nèi)部RAM或外部數(shù)據(jù)存儲器的低256字節(jié)時(shí)，可通過R0和R1作為間接寄存器。然而有必要指出，內(nèi)部RAM的高128字節(jié)地址與專用積存器的地址是重疊的，所以這種尋址方式不能用于訪問特殊功能寄存器。

外部數(shù)據(jù)存儲器的空間為64kB，這時(shí)可采用DPTR作為間址寄存器進(jìn)行訪問，指令如下：

MOVX A,@DPTR

這條指令的意義是與上述類似，不再贅述。

[4].立即尋址

立即尋址就是把操作數(shù)直接在指令中給出，即操作數(shù)包含在指令中，指令操作碼的后面緊跟著操作數(shù)，一般把指令中的操作數(shù)稱為立即數(shù)，因此而得名。為了與直接尋址方式相區(qū)別，在立即數(shù)前加上“#”符號，例如：

MOVX A,#0EH

這條指令的意義是將0EH這個(gè)操作數(shù)送到累加器A中。

[5].變址尋址

變址尋址是以DPTR或PC作為基址寄存器，以累加器A作為變址寄存器，將兩寄存器的內(nèi)容相加形成16位地址形成操作數(shù)的實(shí)際地址。例如：

MOV A,@A+DPTR

MOVX A,@A+PC

JMP @A+DPTR

在這三條指令中，A作為偏移量寄存器，DPTR或PC作為變址寄存器，A作為無符號數(shù)與DPTR或PC的內(nèi)容相加，得到訪問的實(shí)際地址。其中前兩條是程序存儲器讀指令，后一條是無條件轉(zhuǎn)移指令。

[6].位尋址

在MCS-51單片機(jī)中，RAM中的20H—2FH字節(jié)單元對應(yīng)的位地址為00H—7FH，特殊功能寄存器中的某些位也可進(jìn)行為尋址，這些單元既可以采用字節(jié)方式訪問它們，也可采用位尋址的方式訪問它們。

[7].相對尋址

相對尋址方式是為了程序的相對轉(zhuǎn)移而設(shè)計(jì)的，其夜里是以PC的內(nèi)容為基址，加上給出的偏移量作為轉(zhuǎn)移地址，從而實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移的目的地址可參見如下表達(dá)式：

目的地址=轉(zhuǎn)移指令地址+轉(zhuǎn)移指令字接數(shù)+偏移量

值得注意的是，偏移量是有正負(fù)號之分的，偏移量的取值范圍是當(dāng)前PC值的-128—+127之間。