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第三章 指令系统

第三章 指令系统. 3.1.1 指令系统概述. 3.1 指令格式和常用标识符. 指令 是使计算机完成某种操作的命令。 指令系统 是全部指令的集合。. MCS-51 系列单片机指令系统功能强、指令短、执行快，共有 111 条指令。. 数据传送类： 29 条 算术运算类： 24 条 逻辑运算及移位类： 24 条 控制转移类： 17 条 位操作类： 17 条. 单字节指令： 49 条 双字节指令： 45 条 三字节指令： 17 条. 单周期指令： 64 条 双周期指令： 45 条

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第三章 指令系统

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  1. 第三章 指令系统

  2. 3.1.1 指令系统概述 3.1 指令格式和常用标识符 指令是使计算机完成某种操作的命令。 指令系统是全部指令的集合。 MCS-51系列单片机指令系统功能强、指令短、执行快，共有111条指令。

  3. 数据传送类： 29条 算术运算类： 24条 逻辑运算及移位类：24条 控制转移类： 17条 位操作类： 17条 单字节指令：49条 双字节指令：45条 三字节指令：17条 单周期指令： 64条 双周期指令： 45条 四周期指令： 2 条 存储空间 运算速度 功能

  4. 3.1.2 指令的机器码 计算机操作的直接代码。一般用十六进制数表示。 一、单字节指令 1. 8位编码仅为操作码 如：INC A 功能是累加器A的内容加1。 该指令的编码为：0000 0100B，十六进制表示为04H，累加器A隐含在操作码中。

  5. 2．8位编码含有操作码和寄存器编码 高5位为操作码，低3位为存放操作数的寄存器编码。 如：MOV A，R0 功能是将当前工作寄存器R0中的数据传送到累加器A中。 编码为1110 1000B， 低3位000为寄存器R0的编码。 其十六进制表示为E8H。

  6. 二、双字节指令 第一字节表示操作码，第二个字节表示参与操作的数据或数据存放的地址。 如：MOV A，#50H 功能是将立即数“50H”传送到累加器A中。 编码为0111 0100B ， 0101 0000B。 其十六进制表示为74H，50H。

  7. 三、三字节指令 第一字节表示该指令的操作码，后两个字节表示参与操作的数据或数据存放的地址。 如：MOV 20H，#50H 功能是将立即数“50H”传送到内部RAM 的20H单元中。 编码为0111 0101B，0010 0000B，0101 0000B。 其十六进制表示为75H，20H，50H。

  8. 3.1.3 指令的格式 操作码助记符 操作数 ；注释 • 操作码助记符 ●表示指令的操作功能 ● 为便于记忆，通常用与操作相应的英文缩写表示，如加法用ADD，减法用SUBB，传送用MOV等，编译时还原成一定的二进制代码。

  9. 无操作数 单操作数 两操作数 三操作数 • 操作数 ●指参加操作的数据或数据的地址 ●操作数的个数 ●在两操作数的指令中，通常目的操作数写在左边，源操作数写在右边。 ●操作数之间用逗号隔开。

  10. 注释 ●是对指令所做的简要说明 ● 可有可无，不是必备的 ●便于阅读、理解和使用指令 ● 以分号开始，其后为注释部分

  11. 3.1.4 指令中所用到的标识符 • Rn (n=0~7)：当前选中的工作寄存器组中的寄存器 R0、R1…R7之一； • Ri (i=0,1) ：当前选中的工作寄存器组中的寄存器 R0或R1； • #data ：8位立即数，00~FFH中的一个； • #data16 ：16位立即数；

  12. direct：片内低128个RAM或SFR的地址； • addr11：11位目的地址，用于ACALL和AJMP指令； • addr16：16位目的地址，用于LCALL和LJMP指令； • rel：补码形式表示的8位带符号地址偏移量， 偏移范围为－128～＋127； • bit：片内RAM或SFR的位地址； • /：该位求反后参与操作，不影响该位原值；

  13. @：间接寻址寄存器的前缀； • @Ri : 寄存器间接寻址，Ri为R0或R1； • @DPTR : 间接寻址，对外部RAM/ROM寻址。 • (×)：表示由×所指的地址单元的内容； • ←：箭头右边的内容送入箭头左边的单元内； • $：当前指令的地址。

  14. 对MCS-51单片机，操作数存放在哪些地方？ 寻址方式有哪些呢？ 3.2 MCS-51单片机寻址方式 • 寻址 CPU到不同的地址空间寻找操作数的过程。 • 寻址方式 寻找操作数地址的方法。

  15. 寄存器寻址 直接寻址 寄存器间接寻址 立即寻址 变址寻址 相对寻址 位寻址 注意： 下面所提到的寻址方式均指源操作数的寻址方式。

  16. 当前选中的通用寄存器R0~R7； 部分SFR。如累加器A，寄存器B，数据指针DPTR等。 1、寄存器寻址 操作数存放在寄存器中，指令中直接给出寄存器名称。 寻址空间为

  17. MOV A，R5 ；A←R5，即R5里面的数送到A中 若R5中的数为4AH，则指令执行后A 中的数也是4AH。 指令代码为EDH(1110 1101) ，低3位中的101表示操作数在R5中。

  18. 片内RAM128个单元； 所有特殊功能寄存器（SFR）。 2、直接寻址 操作数在存储单元中，指令中直接提供存储单元地址。 寻址空间为 说明：这是唯一能访问SFR的寻址方式。

  19. 注意1 • 低128单元，在指令中应以单元地址的形式出现。 MOV A，direct ；A←(direct)，即直接地址单元中的内容送到A中 MOV direct ，direct ； (direct) ←(direct) 即直接地址单元中的内容送到另一个直接地址单元中 MOV A, 65H ；A ← (65H) 即将65H单元中的数送到A中

  20. 注意2 • 对特殊功能寄存器，在指令中可以SFR的名称出现，也可以SFR所在的单元地址出现，但通常都以SFR的名称出现。 MOV A, P0； A ← P0，将P0中的数送到A中 MOV A, 80H；A ←(80H)，将80H单元的内容送到A中。 汇编后机器码完全一样，都是E5H,80H

  21. 注意3 • 通用寄存器Rn是内存单元的一部分，在指令中若以Rn的名称出现，则属于寄存器寻址方式；若以Rn所在的单元地址出现，则属于直接寻址方式。 设通用寄存器选择第0组，则R0就是片内 RAM 00H单元 MOV A，R0 ；A←R0，即R0里面的数送到A中 MOV A，00H ；A←(00H)，即00H单元中的数送到A中

  22. 这两条指令执行的结果是完全相同的，都是将00H单元中的内容送到A中去。这两条指令执行的结果是完全相同的，都是将00H单元中的内容送到A中去。 • 区别：机器码不同 第一个指令为E8H，第二个为E5H，00H。

  23. 注意4 • 累加器有A、ACC、E0H三种表示形式，指令的执行结果相同，但分属于两种不同的寻址方法。 INC A ; 寄存器寻址，机器码为04H INC ACC 直接寻址，机器码为05H，E0H INC 0E0H 说明：在指令中，多数情况下累加器用“A”表示，仅在直接寻址方式中，用“ACC”表示累加器在SFR区的具体地址E0H。

  24. ROM 3、立即寻址 操作数是常数，包含在指令当中，位于操作码之后，与操作码一起存放在程序存储器中，可以立即得到并执行，不需要经过别的途径去寻找。常数又称为立即数，故又称为立即寻址。 寻址空间为

  25. 说明 • 在汇编指令中，立即数前面以“#”符号作前缀。 • 立即数可以是1个字节，也可以是两个字节。 • 由于立即数是一个常数，故只能作为源操作数。 • 在程序中通常用于给寄存器或存储器单元赋初值。

  26. MOV A，#20H ； A←20H MOV R7, #0F5H ；R7←F5H MOV P1, #80H ；P1 ←80H MOV DPTR，#3FA6H ；DPH ←3FH， DPL ←A6H

  27. R0或R1 —— 用于寻址片内RAM低128字节及片外RAM低256字节。 DPTR —— 用于寻址片外RAM 64K字节。 4、寄存器间接寻址 —— 间址 以某寄存器的内容为地址，从该地址去取操作数。 @为间址提示符。 可用的间址寄存器为

  28. 注意 • “间址”不能用来访问SFR。 • 片内RAM访问用MOV指令; • 片外RAM访问用MOVX指令。

  29. MOV A，@R0 ； A←(R0), 操作数在片内RAM中. 以R0的内容为地址，将该地址中的内容送到A中。 MOVX A，@R0 ； A←(R0), 操作数在片外RAM中. MOVX A，@DPTR ； A←(DPTR), 操作数在片外RAM中. 以DPTR的内容为地址，将该地址中的内容送到A中。

  30. ROM , 用于访问ROM中的数据表格 5、变址寻址 • 基址寄存器+变址寄存器 间接寻址 • 以DPTR或PC为基址寄存器，累加器A为变址寄存器。 • 把两者内容相加，结果作为操作数的地址。 寻址空间为

  31. JMP @A+DPTR ； 无条件转移指令 A+DPTR 作为一个地址，程序跳转到该地址执行。 MOVC A, @A+DPTR ； A←(A+DPTR) MOVC A, @A+PC ； A←(A+PC)

  32. 程序存储区 2040H 93 A ALU DPH 20 2041H … DPL 00 E0 …… 20E0H 47 MOVC A, @A+DPTR ； A←(A+DPTR) 设DPTR=2000H，A=E0H 47 指令代码 20E0H

  33. 程序存储区 2040H 83 A ALU 2041H… E0 …… 2120H 47 2121H 45 MOVC A, @A+PC ； A←(A+PC) 设A=E0H 指令代码 45 当前PC 2121H

  34. MOVC A, @A+DPTR ； A←(A+DPTR) MOVC A, @A+PC ； A←(A+PC) 查表操作 ，功能一样，区别是 • DPTR在使用前可以赋值，查表范围可达64K。 • PC的值是固定的，A的内容为无符号数，因此只能在当前指令下256个地址单元范围内进行查表。

  35. 6、相对寻址 PC的当前值与指令中给出的偏移量rel相加，结果作为跳转指令的目标地址。 注意 • PC的当前值是跳转指令执行时的PC值，即转移指令的下一条地址。 • 偏移量rel是8位带符号数。以补码表示，它的取值范围为-128~+127。当为负值时，向前转移，当为正数时向后转移。

  36. 程序存储区 1000H 80 ALU 1001H23 1002H×× …… 1024H ×× 1025H ×× 如: SJMP rel ; 转移指令 设rel=23H 指令代码 1002H 23H 当前PC 1025H

  37. 片内RAM 20H~2FH，共16个单元，128个位地 址，范围为 00H~7FH。 11个可位寻址的SFR，83个位地址。 6、位寻址 MCS-51单片机具有位处理功能，因此有相应的位寻址方式。 寻址空间为

  38. 位地址的表示方式 1、直接使用位地址(00~7FH，SFR的83个位地址) 如: SETB 3DH; 将27H.5位置1 MOV C，30H； C ← 26H.0 CLR 0D7H; 将PSW.7位清零 2、字节地址带位号 如: SETB 27H.5; MOV C, 26H.0 ； CLR 0D0H.7;

  39. PSW.4 PSW.3 PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.2 PSW.1 PSW.0 3、特殊功能寄存器名带位号 例如： CLR PSW.7 ；PSW.7 表示PSW的第7位 ； SETB P0.1 ； P0.1表示P0口的第1位。 4、特殊功能寄存器所含位的位名称 例如： CLR C； MOV 30H，C

  40. 3.3 数据传送指令 数据传送指令有29条，是指令系统中数量最多、使用也最频繁的一类指令。 这类指令可分为三组： 指令助记符： MOV、MOVX、MOVC XCH、XCHD、SWAP PUSH、POP • 普通传送指令； • 数据交换指令； • 堆栈操作指令。

  41. 源操作数可以是：累加器A、通用寄存器Rn、直接地址direct、间接地址和立即数；源操作数可以是：累加器A、通用寄存器Rn、直接地址direct、间接地址和立即数； • 目的操作数可以是：累加器A、通用寄存器Rn、直接地址direct、间接地址。

  42. 一、普通传送指令（22条） 普通传送指令以助记符MOV为基础。 分成片内数据存储器传送指令、片外数据存储器传送指令和程序存储器传送指令。 1．片内数据存储器传送指令MOV (16条) 指令格式：MOV 目的操作数，源操作数 源操作数可为：A、Rn、@Ri、direct、#data； 目的操作数可为：A、Rn、@Ri、direct。

  43. 按目的操作数的寻址方式划分为五组： （1）以A为目的操作数(4条) MOV A，Rn ；A←Rn，Rn的内容送给A MOV A，direct ； A←（direct） MOV A，@Ri ；A←（Ri） MOV A，#data ；A← #data （2）以Rn为目的操作数(3条) MOV Rn，A ；Rn←A MOV Rn，direct ；Rn←（direct） MOV Rn，#data ；Rn←#data

  44. （3）以直接地址direct为目的操作数(5条) MOV direct，A ；（direct）←A MOV direct，Rn ；（direct）←Rn MOV direct，direct ；（direct）←（direct） MOV direct，@Ri ；（direct）←（Ri） MOV direct，#data ；（direct）← #data 例： MOV 20H，A ;20H←A MOV 20H，R1 ;20H ← R1 MOV 20H，30H ;20H←(30H) MOV 20H，@R1 ;20H←(R1) MOV 0A0H，#34H ; A0H←34H MOV P2，#34H ; P2←34H

  45. （4）以间接地址@Ri为目的操作数(3条) MOV @Ri，A ；（Ri）←A MOV @Ri，direct ；（Ri）←（direct） MOV @Ri，#data ；（Ri）← #data 功能：把源操作数指定的内容送入以R0或R1为地址指针 的片内存储单元中。 例： MOV @R0，A MOV @R1，20H MOV @R0，#34H

  46. （5）以DPTR为目的操作数(1条) MOV DPTR，#data16 ；DPTR← #data16 8051是8位机，这是唯一的一条16位立即数传送指令。 功能：将一个16位的立即数送入DPTR中去。其中高8位送入DPH，低8位送入DPL。 例：MOV DPTR，#1234H ；DPH=12H， DPL= 34H 等同于分别向DPH，DPL送数，即 MOV DPH，#12H MOV DPL，#34H

  47. 注意 • 源操作数和目的操作数中的Rn和@Ri不能相互配对。 即在MOV指令中，不允许在一条指令中同时出现工作寄存器，无论它是寄存器寻址还是寄存器间接寻址。 例如，不允许下面的指令 MOV Rn，Rn MOV @Ri，Rn

  48. 例：顺序执行下列指令序列，求每一步执行结果。 • MOV A，#30H • MOV 4FH，A • MOV R0，#20H • MOV @R0，4FH • MOV 21H，20H ；A=30H ；(4FH)=30H ；R0=20H ；(20H)=30H ；(21H)=30H 练习题：用两种寻址方式实现，将片内RAM 60H单元的 数据传送给累加器A。 解： MOV A,60H MOV R0，#60H MOV A，@R0

  49. 说 明： ① 一条指令中不能同时出现两个工作寄存器。非法指令： MOV R1，R2 MOV R2，@R0 ② 间址寄存器只能使用 R0、R1。非法指令： MOV A，@R2 ③ SFR区只能直接寻址，不能用寄存器间接寻址。非法指令： MOV R0，#80H MOV A，@R0

  50. ④ 目的操作数不能为立即数。非法指令： MOV #data，A ⑤ 除了以A为目的操作数的指令影响PSW中的奇偶标志P外，一般不影响标志位。 ⑥ 关注指令表中指令字节数、机器周期数。除操作码外，直接地址或立即数要占一个字节。 ⑦ 只有指令表中的指令才有对应机器码，计算机才能执行。编程时，不能自己随意发明创造指令。

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