1.指令系统基础知识
什么是指令系统？
连接软件与硬件的桥梁,计算机能执行的机器指令全体称为该机的指令系统
指令系统是软件编程的出发点和硬件设计的依据,它衡量机器硬件的功能,反映硬件对软件支持的程度。
指令的格式
操作码op + 地址码A
地址码可以有3个～0个地址
操作结果总保存在最后一个寄存器或者AC中
指令字长度
计算机中CPU能直接处理的二进制的位数称为机器字长;&指令字长度:一个指令字包含的所有二进制代码的位数。有等长指令字结构和变长指令字结构。
指令长度应为存储器基本字长的整数倍
指令字长应尽量短
设计指令系统的基本思路是什么
确定计算机系统中的基本操作(包括操作系统和高级语言的)是由硬件实现还是由软件实现;
按照尽量缩短平均码长、方便译码与执行的原则,设计指令字格式。
2. 操作数类型和存储方式
操作数类型：
数值，字符，地址，逻辑数据
通常将操作码与数据类型标识合并成新的操作码。
操作数存储方式
操作数可以存储在指令、寄存器、堆栈和存储器中;&数据存储方式有大端(Big-Endian)和小端(Little-Endian)两种。&操作数应存储在存储器空间阵列的同一行;
分为自顶想下和自底向上两种
入栈和出栈的操作顺序最好做几道题试试
3. 指令系统的功能设计
指令的功能分类
复杂指令集计算机CISC(Complex Instruction Set Computer)&优点：
使目标程序得到优化
给高级语言提供更好的支持
提供对操作系统的支持
硬件资源的大量浪费
计算机的结构也越来越复杂
精简指令集计算机RISC(Reduced Instruction Set Computer)&优点：
指令数目较少,一般都选用使用频度最高的一些简单指令
指令长度固定,指令格式种类少,寻址方式种类少;
大多数指令可在一个机器周期内完成;
通用寄存器数量多,只有存数/取数指令访问存储器,而其余指令均在寄存器之间进行操作。 .
指令数量少,固然使编译工作量加大
4. 寻址方式
指令格式 OP 寻址特征MOD 形式地址D
指令如何指定操作数或操作数地址称为寻址方式。
操作数的寻址方式主要解决的是操作数存放在指令、寄存器和存储器中的寻址问题。
1.立即寻址 操作数作为指令的一部分
MOV DX,100H ; (DX)&100H
不需要寻址，数组为指令一部份
2.直接寻址 指令直接给出操作数(有效)地址;即EA=A
MOV AX,[100] ; (AX)&(100)&MOV AX,VAR ; (AX)&(VAR)
给出地址，直接取书
3.存储器间接寻址 操作数地址在内存中;即EA =(A)
4.寄存器(直接)寻址 指令地址码字段给出存放操作数的寄存器编号; 即data=(R)
ADD AX,BX ; (AX)&(AX)+(BX)
5.寄存器间接寻址 操作数地址在指令指定的CPU某个寄存器中;
6.相对寻址 操作数地址为程序计数器PC中的内容与位移量A之和,即EA=(PC)+ A。
7.基址寻址 把由指令中给出的地址(位移量)与CPU中的某个基址寄存器相加而得到实际的操作数地址。
8.寄存器变址寻址 操作数地址为变址寄存器中的内容与位移量之和;即EA=(R) 变址+A。
MOV AL,[SI+1000H]
变址寻址主要解决程序内部的循环问题;&基址寻址则要求基址寄存器的内容能提供整个主存范围的寻址能力;&在多道程序运行环境下,实现程序的再定位。
9.隐含寻址方式 指令没有明显地给出操作数地址,而在操作码中隐含 着操作数地址。如操作数隐含在累加器,堆栈内。
10.其它寻址方式
11.变址寻址 变址寄存器+位移量&间接寻址 地址码为操作数地址&转移寻址 (IF05H+2+001AH)=1F21H。
（2）寻址方式的设计
寻址方式设计的主要内容:
指令系统的寻址方式集,是指令系统支持的寻址方式的集合;
指令系统中每条指令的寻址方式子集,即每条指令支持的寻址方式的集合;
寻址方式集中每种寻址方式的性能参数。
寻址方式集的设计（常用&必须）
指令寻址方式子集设计
指令寻址方式子集与指令系统寻址方式集的设计区别
寻址方式子集设计不存在必须的寻址方式问题
指令系统寻址方式集的设计是针对所有指令进行的,而指令寻址方式子集设计是针对某条具体的 指令进行的。
寻址方式性能参数设计&性能参数是指该寻址方式满足应用需求所需要的操作数或操作数地址码位数。
5.指令字格式设计
(1) 指令系统指令数目设计
指令系统功能集中包含多少个操作,指令集中就必须对应多少条指令;
指令系统中指令数为功能集中操作的数量加上同一操作对应多种数据类型所增加出来的指令的数量
(2) 指令字操作码编码设计
定长操作码编码&定长操作码编码中所有操作码的长度固定;
变长操作码编码&变长操作码编码中使用频率较高的操作码长度较短,使用频率较低的操作码长度较长;
(3) 指令字寻址方式表示设计
寻址方式的表示方法
将寻址方式标志编码于操作码中;
在地址码字段为每个操作数设置一个地址描述符,由该地址描述符表示该操作数的寻址方式。
(4) 指令字格式设计
设计任务是确定指令系统中各指令的具体组成格式,同时使指令字格式具有较好的性能/价格比。
变长编码格式
该编码格式的指令字有多种长度;&可以有效地减少指令系统中指令字的平均长度,降低目标代码的长度;&但会使各指令字长短不一,增加了译码器的实现难度和译码时间;&各指令执行时间悬殊较大,不利于流水和并行处理技术的应用。
定长编码格式
指令字长度均相同; 当指令数量和寻址方式较少时,可以有效地减少指令译码的复杂性和提高译码速度;&指令寻址方式少,执行速度较快,很适合流水和并行处理技术的应用;&但会使各指令字空间的利用率不够高,增加了目标代码的长度;&令操作码采用变长编码格式,寻址方式在操作码中表示;指令系统指令数量和寻址方式种类较少, 多用于RISC计算机。
*混合编码格式
指令字长度只有有限的几种;&通过提供几种指令字长度,期望兼顾目标代码长度和降低译码复杂性这两个目标;&对流水和并行处理技术的应用方便性一般;&指令操作码和寻址方式表示与变长编码方式基本一致,指令数量和寻址方式种类适中。&IBM 360/370和Intel 80x86均采用这种编码方式。
6.指令系统举例
7.解题思路
如何组织操作码字段的编码？
首先约定操作类型的编码&其次约定操作数类型编码&第三约定操作数长度编码
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什么是单片机寻址方式与指令系统
通过前面的学习，我们已经了解了内部的结构，并且也已经知道，要控制，让它为我们干学，要用指令，我们已学了几条指令，但很零散，从现在开始，我们将要系统地学习8051的指令部份。 一、概述1、指令的格式 指令的一个重要组成部分是操作数，由它指定参与运算的数据或数据所在的存储器单元或寄存器或I/O接口的地址。指令中所规定的寻找操作数的方式就是。每一种计算都具有多种，寻址方式越多，计算机的功能就越强，灵活性就越大。寻址方式的多少及寻址功能是反映优劣的主要因素之一。要掌握也可从寻址方式入手。MCS-51的寻址方式有7种：立即寻址(#data)、寄存器寻址(Rn)、间接寻址(@Ri、@DPTR)直接寻址direct、变址寻址(A+)、相对寻址(rel)和特定寄存器寻址(A)。有些书把A当寄存器寻址，把位寻址单独作一种寻址方式，不管怎么分类其目的是为了便于记忆、掌握111条指令。1.立即寻址（#data） 操作数包含在指令字节中，操作数直接出现在指令中，并存放在程序存储器中，这种方式称为立即寻址。立即寻址指令的操作数是一个8位或16位的二进制常数，它前面以“#”号标识，例如：ADD A，#56H，即＃56H与累加器A（设为31H）内容相加，结果（87H）存于累加器A中。这条指令的机器码为2456H.2.寄存器寻址(Rn)由指令指出某一个寄存器中的内容作为操作数，这种寻址方式称为寄存器寻址。在这种寻址方式中，指令的操作码中包含了参加操作的工作寄存器R0～R7的代码（指令操作码字节的低3位指明所寻址的工作寄存器）。例如：ADD A,Rn中的Rn，当n为0、1、2时，机器码分别为28、29、2A.3.间接寻址(@Ri/@DPTR) 由指令指出某一个寄存器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。访问外部RAM时，可使用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，@RO（机器码E7）是指：若RO内容为66（内部RAM地址单元66H），而66H单元中内容是27H，则指令的功能是将27H这个数送到累加器A.4.直接寻址(direct) 在指令中直接给出操作数所在存储单元的地址（一个8位二进制数），称为直接寻址。直接地址用direct表示，直接寻址方式中操作数存储的空间有三种：（1）.内部数据存储器的128个字节单元（00H~7FH）(2).位地址空间(有些书把这种寻址方式单独作一种寻址方式)(3).特殊功能寄存器, 特殊功能寄存器只能用直接寻址方式进行访问。 5.基址加变址寻址(@A+PC/@A+DPTR) 以16位寄存器（DPTR或PC）作为基址寄存器，加上地址偏移量（累加器A中的8位无符号数）形成操作数的地址。变址寻址方式有两类：（1）.以程序计数器的值为基址例如指令： MOVC A，@A+PC； ；（A）←（（A）+（PC）） 指令的功能是先使PC指向本指令下一条指令地址（本指令以完成），然后PC地址与累加器内容相加，形成变址寻址的单元地址内容送A。 （2）.以数据指针DPTR为基址，以数据指针内容和累加器内容相加形成地址，例如：MOV DPTR #4200H ；给DPTR赋值MOV A，#10H ；给A赋值MOVC A ，@A+DPTR ；变址寻址方式（A）←（（A）+（DPTR））三条指令的执行结果是将4210H单元内容送A中。6.相对寻址(rel) 以程序计数器PC的当前值为基址，加上相对寻址指令的字节长度，再加上指令中给定的偏移量rel的值（rel是一个8位带符号数，用二进制补码表示），形成相对寻址的地址。例如指令：JNZ rel (或rel = 23H，机器码为7023) 当A≠0时，程序跳到这条指令后面，相差23个字节运行下一条指令。7.特定寄存器寻址 累加器A和数据针DPTR这两个使用最频繁的寄存器又称为特殊寄存器。对特定寄存器的操作指令，指令不再需要指出其地址字节，指令码本身隐含了操作对象A或DPTR。例如：INC A (指令码04) ；累加器加1MOV A,#12H (指令码7412) ；数12送累加器INC DPTR （指令码A3） ；数据指针内容加1 综上所述，寻址方式与存储器结构有密切关系。一种寻址方式只适合于对一部分存储器进行操作，在使用时要加以注意。 我们已知，要让计算机做事，就得给计算机以指令，并且我们已知，计算机很“笨”，只能懂得数字，如前面我们写进机器的75H，90H，00H等等，所以指令的第一种格式就是机器码格式，也说是数字的形式。但这种形式实在是为难我们人了，太难记了，于是有另一种格式，助记符格式，如MOV P1，#0FFH，这样就好记了。 这两种格式之间的关系呢，我们不难理解，本质上它们完全等价，只是形式不一样而已。2、汇编 我们写指令使用汇编格式，而计算机和单片机只懂机器码格式，所以要将我们写的汇编格式的指令转换为机器码格式，这种转换有两种办法：手工汇编和机器汇编。手工汇编实际上就是查表，因为这两种格式纯粹是格式不一样，所以是一一对应的，查一张表格就行了。不过手工查表总是嫌麻烦，所以就有了计算机软件，用计算机软件来替代手工查表，这就是机器汇编。二、单片机的寻址 让我们先来复习一下我们学过的一些指令：MOV P1，#0FFH，MOV R7，#0FFH这些指令都是将一些数据送到对应的位置中去，为什么要送数据呢？第一个因为送入的数能让灯全灭掉，第二个是为了要实现延时，从这里我们能看出来，在用单片机的编程语言编程时，经常要用到数据的传递，事实上数据传递是单片机编程时的一项重要工作，一共有28条指令（单片机共111条指令）。下面我们就从数据传递类指令开始吧。 分析一下MOV P1，#0FFH这条指令，我们不难得出结论，第一个词MOV是命令动词，也就是决定做什么事情的，MOV是MOVE少写了一个E，所以就是“传递”，这就是指令，规定做什么事情，后面还有一些参数，分析一下，数据传递必须要有一个“源”也就是你要送什么数，必须要有一个“目的”，也就是你这个数要送到什么地方去，显然在上面那条单片机指令中，要送的数（源）就是0FFH，而要送达的地方（目的地）就是P1这个寄存器。在数据传递类指令中，均将目的地写在指令的后面，而将源写在最后。 这条指令中，送给P1是这个数本身，换言之，做完这条指令后，我们能明确地知道，P1中的值是0FFH，但是并不是任何时候都能直接给出数本身的。例如，在我们前面给出的单片机延时程序例是这样写的：MAIN： SETB P1.0 　　　　；（１）　　　LCALL DELAY ；（２）　　　　CLR P1.0 　　　　 ；（３）　　　LCALL DELAY 　　；（４）　　　　AJMP MAIN 　　　；（５）；以下子程序DELAY： MOV R7，#250　 　；（６）D1： MOV R6，#250 　　；（７）D2： DJNZ R6，D2 　　　；（８）　　 DJNZ R7，D1　　　；（９）　 　RET 　　　　　　　；（１０）　　 END 　　　　 　　；（１１） 表1 -----------------------------------------------------MAIN： SETB P1.0 　　　　；（１）　　　MOV 30H，#255　　　 LCALL DELAY ；　　　 CLR P1.0 　　　　 ；（３）　　　 MOV 30H,#200　　　 LCALL DELAY 　　；（４）　　　 AJMP MAIN 　　　；（５）；以下子程序DELAY： MOV R7，30H　 　；（６）D1： MOV R6，#250 　　；（７）D2： DJNZ R6，D2 　　　；（８）　　 DJNZ R7，D1　　　；（９）　 　RET 　　　　　　　；（１０）　　 END 　　　　 　　；（１１） 表2　这样一来，我每次调用延时程序延时的时间都是相同的（大致都是0.13S)，如果我提出这样的要求：灯亮后延时时间为0.13S灯灭，灯灭后延时0.1秒灯亮，如此循环，这样的程序还能满足要求吗？不能，怎么办？我们能把延时程序改成这样(见表2)：调用则见表2中的主程，也就是先把一个数送入30H，在子程序中R7中的值并不固定，而是根据30H单元中传过来的数确定。这样就能满足要求。 从这里我们能得出结论，在数据传递中要找到被传递的数，很多时候，这个数并不能直接给出，需要变化，这就引出了一个概念：如何寻找操作数，我们把寻找操作数所在单元的地址称之为寻址。在这里我们直接使用数所在单元的地址找到了操作数，所以称这种办法为直接寻址。除了这种办法之外，还有一种，如果我们把数放在工作寄存器中，从工作寄存器中寻找数据，则称之为寄存器寻址。例：MOV A，R0就是将R0工作寄存器中的数据送到累加器A中去。提一个问题：我们知道，工作寄存器就是内存单元的一部份，如果我们选择工作寄存器组0，则R0就是RAM的00H单元，那么这样一来，MOV A，00H，和MOV A，R0不就没什么区别了吗？为什么要加以区别呢？的确，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，但是执行的过程不一样，执行第一条指令需要2个周期，而第二条则只需要1个周期，第一条指令变成最终的目标码要两个字节（E5H 00H），而第二条则只要一个字节（E8h）就能了。 这么斤斤计较！不就差了一个周期吗，如果是12M的晶体震荡器的话，也就1个微秒时间了，一个字节又能有多少？ 不对，如果这条指令只执行一次，也许无所谓，但一条指令如果执行上1000次，就是1毫秒，如果要执行1000000万次，就是1S的误差，这就很可观了，单片机做的是实时控制的事，所以必须如此“斤斤计较”。字节数同样如此。再来提一个问题，现在我们已知，寻找操作数能通过直接给的方式（立即寻址）和直接给出数所在单元地址的方式（直接寻址），这就够了吗？看这个问题，要求从30H单元开始，取20个数，分别送入A累加器。 就我们目前掌握的办法而言，要从30H单元取数，就用MOV A，30H，那么下一个数呢？是31H单元的，怎么取呢？还是只能用MOV A，31H，那么20个数，不是得20条指令才能写完吗？这里只有20个数，如果要送200个或2000个数，那岂不要写上200条或2000条命令?这未免太笨了吧。为什么会出现这样的状况？是因为我们只会把地址写在指令中，所以就没办法了，如果我们不是把地址直接写在指令中，而是把地址放在另外一个寄存器单元中，根据这个寄存器单元中的数值决定该到哪个单元中取数据，比如，当前这个寄存器中的值是30H，那么就到30H单元中去取，如果是31H就到31H单元中去取，就能解决这个问题了。怎么个解决法呢？既然是看的寄存器中的值，那么我们就能通过一定的办法让这里面的值发生变化，比如取完一个数后，将这个寄存器单元中的值加1，还是执行同一条指令，可是取数的对象却不一样了，不是吗。通过例程来说明吧。MOV R7，#20　　 MOV R0，#30HLOOP：MOV A，@R0　　 INC R0　　 DJNZ R7,LOOP 这个例程中大部份指令我们是能看懂的，第一句，是将立即数20送到R7中，执行完后R7中的值应当是20。第二句是将立即数30H送入R0工作寄存器中，所以执行完后，R0单元中的值是30H，第三句，这是看一下R0单元中是什么值，把这个值作为地址，取这个地址单元的内容送入A中，此时，执行这条指令的结果就相当于MOV A，30H。第四句，没学过，就是把R0中的值加1，因此执行完后，R0中的值就是31H，第五句，学过，将R7中的值减1，看是否等于0，不等于0，则转到标号LOOP处继续执行，因此，执行完这句后，将转去执行MOV A，@R0这句话，此时相当于执行了MOV A，31H（因为此时的R0中的值已是31H了），如此，直到R7中的值逐次相减等于0，也就是循环20次为止，就实现了我们的要求：从30H单元开始将20个数据送入A中。这也是一种寻找数据的办法，由于数据是间接地被找到的，所以就称之为间址寻址。注意，在间址寻址中，只能用R0或R1存放等寻找的数据。指令系统
数据传送指令数据传送指令包括数据的传送、交换、堆栈数据的压入与弹出，是最基本、使用率最高的一类指令。助记符有MOV、MOVX、MOVC、XCH、XCHD、SWAP、PUSH、POP共八种。1．MOV类指令及功能（16条）这类指令的功能是从源操作数到目的操作数的数据传送。MOV A, Rn ；Rn→A，寄存器Rn的内容送到累加器AMOV A, direct ；（direct）→A，直接地址中的内容送AMOV A, @Ri ；（Ri）→A，Ri间址的内容送AMOV A, #data ；data→A，立即数送AMOV Rn,, A ；A→Rn，累加器A中的内容送寄存器RnMOV Rn, direct ；（direct）→Rn；直接地址中的内容送RnMOV Rn, #data ；data→Rn；立即数送RnMOV direct, A ；A→（direct），A中的内容送入直接地址中MOV direct, Rn ；Rn→（direct），寄存器内容送入直接地址中MOV direct, direct ；(direct) →（direct），源操作数直接地址的内容送入；目的操作数的直接地址中MOV direct, @Ri ；（Ri）→（direct），Ri间址内容送入直接地址中MOV direct, #data ；data→（direct），立即数送入直接地址中MOV @Ri, A ；A→（Ri），A中内容送到Ri间址单元中MOV @Ri, direct ；（direct）→（Ri），直接地址中内容送入Ri间址单元中MOV @Ri, #data ；data→（Ri），立即数送入Ri间址单元中MOV DPTR, #data16 ；data16→DPTR，16位常数送入数据指针DPTR中，高8；位送入DPH，低8位送入DPH，低8位送入DPL中从上述指令可以看出目的操作数有A累加器、Rn寄存器、直接地址direct及间接地址@Ri，源操作数除此之外还多一种立即数data。例1 R0中有常数30H，而30H地址中有常数50H执行MOV A, R0后，A＝30H，R0不变。执行MOV A, @R0后A＝50H，而不是30H，这条指令的功能是把R0中内容为地址的单元的书送入A，R0中是30H也就是把30H地址中内容50H送入A。例2 若（40H）＝20H，（50H）＝30H执行MOV 40H, 50H; (50H) →(40H)结果：（40H）＝30H，50H地址中内容仍为30H。例3 若A＝40H，R0＝30H，执行MOV @R0, A ；A→(R0)结果:（30H）＝40H，A与R0皆不变，即A＝40H，R0＝30H。该指令功能是把A中内容送入R0间址单元即R0中内容为地址的单元。例4 执行MOV DPTR, #2040H ；2040H→DPTR结果：DPH=20H, DPL=40HDPTR是片外RAM地址指针，只有这一条指令是传送16位数据。2．MOVC类指令及功能（2条）MOVC A, @A+PC ；PC+1→PC, (A+PC) →AMOVC A, @A+DPTR ；(A+DPTR) →A功能：该类属于查表指令，利用这两条指令很方便地查找放在程序存储器中数据表格的内容。例1 程序 1000H MOV A, #10H ；10H→A 1002H MOVC A, @A+PC ；PC+1→PC，PC=1003H，(A+PC)=(10H+1003H)→A ．．． 1010H 02H 1011H 04H 1012H 06H 1013H 08H程序执行结果：A＝08H用MOVC A, @A+PC指令需注意两点：1）指令中的PC是执行完本条指令后的PC值，即PC等于本条指令地址加1。2）A是修正值，它等于查表指令和欲查数据相间隔字节数。A的范围是0～255，一次该指令只能查找本指令后的256B范围内的表格，故称为近程查表。例2 程序 1000H MOV A, #01H ；01H→A 1002H MOV DPTR, #6000H ；6000H→DPTR 1005H MOVC A,@A+DPTR ；(A+DPTR)=(01H+6000H)=(6001H) →A ．．．6001H 0AH 6002H 0BH 6003H 0CH 6004H 0DH程序执行结果：A＝0AH，查到了地址为6001H单元中的数据。用MOVC A, @A+DPTR指令查表特点：A, DPTR都可以改变，因此可在64KB范围内查表，故称为远程查表。这条指令更方便。3．MOVX类指令（4条）MOVX A, @DPTR ；(DPTR) →A,DPTR间址单元内容送AMOVX @DPTR, A ；A→(DPTR), A 中内容送入DPTR间址单元MOVX A, @Ri ；(Ri) →A,Ri间址单元内容送AMOVX @Ri, A ；A→(Ri), A中内容送Ri间址单元MOVX类指令功能：这四条指令专门用来与外部数据存储区传送数据。CPU与外部RAM传送数据时只能用间接寻址方式。例1 把外部数据存储单元2000H中的数据送到4000H单元中，设2000H中有数据30H。 程序 各条指令执行结果 MOV DPTR, #2000H ；2000H DPTR, DPTR=2000H MOVX A, @DPTR ；(DPTR) A即（2000） A，A=30H MOV DPTR, #4000H ；4000H→DPTR, DPTR=4000H MOVX @DPTR, A ；A→(DPTR)即A→(4000H), (4000H)=30H例2 把内部RAM50H单元数据送到片外20H单元，设50H中单元存有数据10H。 程序 各条指令执行结果 MOV A,50H ；(50H) 各条指令执行结果A, A=10H MOV R0,#20H ；20H→R0, R0=20H MOVX @R0, A ；A→(R0)即A→(20H)则20H＝10H注意：与外部RAM传送数据时，地址小于256B用Ri间址，大于256B时用DPTR间址。4．交换指令 XCH A, Rn ；Rn A, Rn与A内容交换 XCH A,direct ；(direct) A, 直接地址内容与A内容交换 XCH A, @Ri ；(Ri) A，Ri间址内容与A内容交换 XCHD A, @Ri ；(Ri.3～Ri.0) A.3～A.0, Ri间址内容低4 位与A中低4 位内容交换 SWAP A ；A.3～A.0 A.7～A.4, A中高4位与低4位交换例 若R0=30H, A=F0H, (30H)=46H执行 XCH A, R0 ；结果：A=30H,R0=F0H, R0与A 内容交换执行 XCH A, @R0 ；结果：A=46H, (30H)=F0H, R0中不变，；实际上是（R0） A即（30H） A 若执行 XCHD A, @R0 ；结果：A=F6H,(30)H=40H ；A与（30H）中低4位交换，高4位不变 执行 SWAP A ；结果：A=0FH, 高低4位互换5．堆栈操作指令（2条）PUSH、POP属堆栈操作指令，其功能是把直接地址中的内容压入堆栈保存，或从堆栈中取出（弹出）数据到直接地址中。 PUSH direct ；SP+1→SP, （direct） →（SP） ；直接地址内容压入堆栈顶 POP direct ；（SP）→（direct）, SP-1→SP ；堆栈栈顶内容弹出到直接地址注意：堆栈是用户自己设定的内部RAM中的一块专用存储区，使用堆栈时一定先设堆栈指针。堆栈遵循后进先出的原则安排数据。压入数据时SP先加1，再压入；弹出时，先弹出数据，SP再减1。例 设堆栈指针为30H，为保护现场把A和B中的内容压入堆栈保护，然后根据需要再把两者弹出。设A中为30H，B中为01H。 程序 执行结果 MOV SP, #30H ；30H→SP, SP=30H设堆栈指针为30H PUSH ACC ；SP+1→SP=31H, A→(SP)即A→(31H),(31H)=30H PUSH B ；SP+1→SP=32H, B→(SP)即B→(32H),(32H)=01H POP B ；SP→B即（32H）→B, B=01H, SP-1→SP=31H POP ACC ；SP→A即（31H）→A, A=30H, SP-1→SP=30H从此例可以看出压入、弹出过程SP的变化规律算术运算指令算术运算指令的主要功能是实现算术加、减、乘、除等运算。1．ADD类指令是不带进位的加法运算指令（4条）。ADD A,Rn ；A+Rn→A, A与Rn寄存器内容相加，结果送到A中ADD A,direct ；(direct)+A→A, A与直接地址内容相加，和送AADD A, @Ri ；(Ri)+A→A, A与Ri间址内容相加，和送AADD A, #data ；data+A→A, A与立即数相加，和送A注意：ADD类指令相加结果均在A中，相加后源操作数不变。若A中最高位有进位，Cy置1；若半加位有进位，AC置1。A的结果还影响奇偶标志位P。例 A=30H, R0=10H执行 ADD A,R0 结果：A=40H, R0=10H，标志位 P=1, Cy=0, OV=0, AC=02．ADDC类指令（带进位加法4条）ADDC A, Rn ；A+Rn+Cy→A, A与R n内容、进位状态相加，和送到A中ADDC A, direct ；(direct)+Cy+A→A, A与直接地址中内容、进位状态相加，和送A ADDC A, @Ri ；(Ri)+Cy+A→A, A与Ri间址单元中内容、进位状态相加，和送A ADDC A, #data ；data+Cy+A→A, A与 立即数、进位状态相加，和送A与ADD类指令的区别是，ADDC指令相加时连同进位标志Cy内容一起相加，主要用于多字节加法中的高位字节的相加，而最低位字节相加用ADD指令。进位位Cy加到字节的最低位。例 编写计算H的程序，将结果存入内部RAM的41H和40H单元，40H存低8位，41H存高8位。 程序 MOV A, #34H ；被加数低8位数34H送A ADD A, #0E7H ；加数低8位数E7H与之相加，A=1BH,Cy=1 MOV 40H, A ；A→40H即34H+E7H结果存入40H中（40H=1BH） MOV A, #12H ；被加数高8位数12H送A ADDC A, #0FH ；加数高8位0FH和Cy与A相加，A=22H MOV 41H, A ；高8位与进位位之和存入41H中（41H）=22H ；总和为221BH，总结果在41H，40H单元中3．SUBB类指令（4条）SUBB类指令是带借位减法指令，其功能是将A中被减数减去源操作数指出的内容，再减去借位标志Cy（原进位标志）状态，差值在A中。SUBB A, Rn ；A-Rn-Cy→A ,A减寄存器Rn内容及进位标志 SUBB A, direct ；A-(direct)-Cy→A,A减直接地址内容和进位标志 SUBB A, Ri ；A-(Ri)-Cy→A, A减Ri间址单元内容和进位位标志 SUBB A, #data ；A-data-Cy→A, A减立即数和进位标志说明：1） 多字节减法时，低位相减有借位则把Cy置1，否则Cy为0。2） MCS-51系列指令中没有不带借位的减法指令，所以在单字节或低位字节减法时用SUBB类指令前要先将Cy清0。3）减去一个数实际上是加上这个数的相反数（负数），减法运算常常用补码相加方式。4．MUL(乘)和DIV（除）指令乘法指令只有一条：MUL AB ；A×B→B和A，结果16位，高8位存入B，低8位在A中若乘积大于FFH则将溢出标志OV置1。除法指令也只有一条：DIV AB ； A÷B商→A，余数→B注意：当除数为0时结果不确定，则溢出将OV置1。5．INC（加1）和DEC（减1）类指令加1类指令共5条，其功能是将操作数内容加1。INC A ；A+1→A, A加1INC Rn ；Rn+1→Rn, Rn中内容加1INC direct ；(direct)+1→(direct), 直接地址中内容加1INC @Ri ；(Ri)+1→(Ri), Ri间址中的内容加1INC DPTR ；DPTR+1→DPTR, 数据指针加1例 判断INC R0和INC @R0两条指令结果，比较两者的区别。设R0＝30H，（30H）=00H。执行 INC R0 ；R0+1=30H+1→R0, 结果R0=31H执行 INC @R0 ；(R0)+1=(30H)+1→(R0)，结果（30H）=01H,R0中内容不变，仍为30H减1类指令共4条，其功能是将操作数指定单元内容减1。 DEC A ；A-1→A, A中内容减1 DEC Rn ；Rn-1→Rn, Rn中内容减1 DEC direct ；（direct）-1→(direct), 直接地址中内容减1 DEC @Ri ；(Ri)-1→(Ri), Ri间址中的内容减1操作过程与加1指令类似，这里不再举例。6．十进制加法调整指令（1条） DA A功能：在加法指令后，把A中二进制码自动调整成BCD码。例 MOV A, #05H ；05H→A ADD A, #08H ；05H+08H→A=0DH DA A ；结果调整A=13H,即是13的BCD码注意：DA A指令只能跟在ADD或ADDC加法指令后，不适用于减法。逻辑运算指令1．ANL类指令（6条）ANL类是逻辑与指令，其功能是将源操作数作数内容和目的操作数内容按位相“与”，结果存入目的操作数指定单元中，源操作数不变。ANL A, Rn ；A∩Rn→AANL A, direct ；A∩(direct) →AANL A, @Ri ；A∩(Ri) →AANL A, #data ；A∩data→AANL direct, A ；(direct)∩A→(direct)ANL direct, #data ；(direct)∩data→(direct)例 设A=F6H,(30H)=0FH执行 ANL A, 30H ；A∩ (30H) →A操作如下： （F6H）∩
（0FH） 注意：按位相“与”
（06H）结果：A=06H, 30H地址内容不变，即（30H）=0FH若执行ANL 30H, A ；(30H)∩ A→(30H)操作同上，结果放在30H地址中，A中内容不变，即（30H）=06H, A=F6H。2．ORL类指令（6条）ORL类指令是逻辑或指令，其功能是将源操作数作数内容和目的操作数内容按位逻辑“或”，结果存入目的操作数指定单元中，源操作数不变。ORL A, Rn ；A∪Rn→AORL A,direct ；A∪(direct) →A ORL A, @Ri ；A∪(Ri) →A ORL A, #data ；A∪data→A ORL direct, A ；(direct)∪A→(direct) ORL direct, #data ；(direct)∪data→(direct)“或”运算和“与”运算过程类似，这里不再举例。3．XRL类指令（6条）XRL类是异或指令，其功能是将两个操作数指定内容按位“异或”，结果存于目的操作数指定单元中。“异或”原则是相同为“0”，相异为“1”。XRL A, Rn ；A⊕Rn→A XRL A, direct ；A⊕(direct) →A XRL A, @Ri ；A⊕(Ri) →A XRL A, #data ；A⊕data→A XRL direct, A ；(direct)⊕A →(direct) XRL direct, #data ；(direct)⊕data→(direct)例 （50H）=05H执行 XRL 50H, #06H ；(50H)⊕06H→(50H)操作如下：
（03H）结果：（50H）=03H4．循环移位指令（4条）循环移位指令的功能是将累加器A中内容循环位移或者和进位位一起移位。例 A=01H, Cy=1若执行一次 RRC A后，结果为：A=B Cy=1若执行一次 RLC A后，结果为：A=B Cy=05．取反、清0指令 CPL A ；累加器内容按位取反。如果1就变0，如果0就变1 CLR A ；累加器A清0 控制转移类指令计算机运行过程中，有时因为操作的需要，程序不能按顺序逐条执行指令，需要改变程序运行方向，即将程序跳转到某个指定的地址再顺序执行下去。控制转移类指令的功能就是根据要求修改程序计数器PC的内容，以改变程序运行方向，实现转移。控制转移类指令可分为：无条件转移、条件转移、绝对转移、相对转移和调用、返回指令。下面我们将分类介绍。1．无条件转移指令（4条）LJMP add16 ；add16→PC，无条件跳转到add16地址，可在64KB范围内转移，称为长转移指令AJMP add11 ；add11→PC，无条件转向add11地址，在2KB范围内转移SJMP rel ；PC＋2＋rel→PC，相对转移，rel是偏移量，8 位有符号数，范围－128～127，即可向后跳转128，向前可跳转127JMP @A+DPTR ；A+DPTR→PC ，属散转指令，无条件转向A与DPTR内容相加后形成的新地址例1 执行指令LJMP 9100H不管这条指令存放在哪里，执行时将使程序转移到9100H,和AJMP，SJMP指令是有差别的。例2 程序2000H MOV R0 , #10H ；10H→PC 2002H SJMP 03H ；PC+2+rel=H=2007H→PC ┇ ┇2006H ┇2007H ┇ 从说明中可见，执行SJMP 03H 指令后，马上跳转到2007H地址执行程序。2．条件转移指令（8条）条件转移指令是根据某种特定条件转移的指令。条件满足时转移，条件不满足时则顺序执行下面的指令。JZ rel ；A=0转向PC+2+rel→PC，A≠0顺序执行JNZ rel ；A≠转向PC+2+rel→PC ，A＝0顺序执行CJNE A, direct, rel ；A≠ (direct)转向PC+3+rel→PC且当A&(direct)，Cy=0；当A(direct)，Cy=1；否则A=(direct)，PC+3→PC即顺序执行CJNE A, #data, rel ；A data P转向PC+3+rel→PC且当A &data，Cy=0；当A data，Cy=1，；A=data，PC+3→PC顺序执行CJNZ Rn, #data, rel ；Rn≠data转向PC+3+rel→PC；且当Rn&data，Cy=0,当Rndata，Cy=1；Rn=data，PC+3→PC顺序执行CJNE @Ri,#data, rel ；(Ri) ≠data ，PC+3+rel→PC ；且当(Ri)&data ，Cy=0，当(Ri)data，Cy=1；(Ri)=data， PC+3→PC顺序执行DJNZ Rn, rel ；Rn－1→Rn ，Rn ≠0转向PC+2+rel→PC ；Rn=0，PC+2→PC顺序执行DJNZ direct, rel ；(direct)－1→(direct)，(direct) ≠0转向 PC+2+rel→PC；(direct)=0 ，PC+2→PC顺序执行注意：1）CJNE类指令借用进位标志Cy作为比较结果的标志位。从指令中可知，目的操作数内容小于原操作数内容Cy置1，反之Cy清0，该类指令多用于分支程序。2) DJNZ指令执行时Rn或direct先减1，然后再判断Rn或direct内容是否等于0。不为0则转，为0顺序执行。DJNZ用在循环程序中，控制循环次数很方便。3) JZ和JNZ的操作数只有一个，是对A的内容的进行判断的指令。例1 以下程序的循环次数是多少，最后（R0）＝？MOV R0 , #0LL： ┇DJNZ R0 , LL分析：由于DJNZ是减1再判断大小的，因为R0=0，所以第一次执行DJNZ R0 , LL后R0＝FFH＝255，则程序要执行的次数为256次，R0最后的值为0。解：程序要循环的次数为256次，最后R0=03.调用、返回、控操作指令在程序设计中，常常要把具有一定功能的公用程序编制成子程序。当主程序转至子程序时用调用指令，而在子程序的最后安排一条返回指令，使执行完子程序后再返回到主程序。（1） LCALL addr16 ；调用入口地址为addr16的子程序这是一条长调指令，可调用64KB范围内的子程序，因此，可放在程序的任何位置。指令的执行过程分两步：第一步把断点（当前执行指令的下一条指令地址）压入堆栈。第二步将调用的子程序的入口地址装入PC。即addr16（16位地址）→PC，转向执行子程序。（2） ACALL addr11 ；子程序入口地址为addr11的子程序这是一条短调指令，只能实现2KB范围内的子程序的调用。其指令执行过程与LCALL指令一样。但是需要注意的是：ACALL中addr11只占用PC的PC.0～PC.10位。（3） RET ；放在子程序最后，使程序准确返回到主程序断点处执行过程为：（SP）→PC.8～PC.15断点地址高字节送入PC SP－1→SP，(SP) →PC.0～PC.7断点低字节送入PC，这时PC中为主程序断点地址，程序准确返回到调用指令的下一条。例 设SP=62H，(62H)=07H，(61H)=30H，执行指令RET结果：SP=60H，(PC)=0730H，CPU从0730H开始执行程序。（4） RETI ；中断返回指令该指令用于中断服务程序，使中断程序结束后准确返回到主程序断点处，执行过程同RET，它还能清除优先级状态。（5） NOP ；空操作执行该指令时，CPU只进行取指令、译码，而不进行任何操作，故称为控操作。常用于产生一个机器周期延时。位操作指令MCS-51单片机的特色之一是具有很强的位处理功能。位操作指令又称为布尔指令，其功能是对内部RAM中可进行位操作的区域进行位操作。 在进行位操作时，位累加器C即进位标志Cy，位地址是片内RAM字节地址20H～2FH单元中连续的128个位（位地址00H～7FH）和部分功能寄存器。凡SFR中字符等地址能被8整除的特殊功能寄存器都具有可寻址的位地址，其中ACC（位地址E0H～E7H），B（位地址F0H～F7H）和片内RAM中128个位都可作软件标志或存储位变量。1. 位数据传送类指令（2条）MOV C , bit ；(bit) →C，寻址位的状态送入CMOV bit , C ；C→(bit)，C的状态送入位地址中2. 位修正指令（6条）CLR C ；0→C， 清0累加器CLR bit ；0→(bit)；清0寻址位CPL C ；/C→C，取反CPL bit ；(/bit) →(bit)，寻址位取反SETB C ；1→C，C置1SETB bit ；1→ (bit)，寻址位置13. 位逻辑运算指令（4条）ANL C , bit ；C∩(bit) →C，寻址位和C“与”，结果放在CANL C , /bit ；C∩(/bit) →C，寻址位的非和C“与”，结果放在CORL C , bit ；C∪(bit) →C，寻址位和C“或”，结果放在CORL C , /bit ；C∪(bit) →C，寻址位和C的非“或”，结果放在C4. 位条件转移指令（5条）JC rel ；C=1转向PC+2+rel→PC C=0顺序执行PC+2→PCJNC rel ；C=0转向PC+2+rel→PC C=1顺序执行PC+2→PCJB bit , rel ；(bit) =1转向PC+3+rel→PC (bit) =0顺序执行PC+3→PCJNB bit , rel ；(bit) =0转向PC+3+rel→PC (bit) =1顺序执行PC+3→PCJBC bit , rel ；(bit) =1转向PC+3+rel→PC；同时0→(bit) (bit) =0顺序执行PC+3→PC注意：JBC与JB指令区别，前者转移后并把寻址位清0，后者只转移不清0寻址位。例1 设P1为输入口，P3.0作输出线，执行下列指令：MOV C , P1.0 ；(P1.0) →CANL C , P1.1 ；(C)∩(P1.1) →CANL C , /P1.32 ；(C)∩(/P1.2) →CMOV P3.0 , C ；C→P3.0 结果是：P3.0＝(P1.0) ∩(P1.1) ∩(/P1.2)例2 用位操作指令编程计算逻辑方程 P1.5=ACC.0 ∩ (B.0∪P1.2) ∪P1.3解： MOV C , B.0 ；B.0→CORL C , P1.2 ；C∪P1.2→C 即B.0＋P1.2→CANL C , ACC.0 ；C∩ACC.0→C 即ACC.0∩(B.0∪P1.2)→CORL C , P1.3 ；C∪P1.3→C 即 ACC.0∩(B.0∪P1.2)∪P1.3→CMOV P1.5 , C ；C→P1.5
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