完全手冊(cè)-51單片機(jī)C語(yǔ)言開發(fā)詳解之第3章-AT89S51單片機(jī)的指令系統(tǒng)

第3章AT89S51單片機(jī)的指令系統(tǒng)在前面章節(jié)中介紹了單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)和AT89S51單片機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，本章主要介紹AT89S51單片機(jī)的指令系統(tǒng)。3.1指令系統(tǒng)概述單片機(jī)的指令系統(tǒng)是一套控制單片機(jī)執(zhí)行操作的編碼，通常稱為機(jī)器語(yǔ)言，機(jī)器語(yǔ)言指令是單片機(jī)唯一能夠識(shí)別和執(zhí)行的指令。為了容易理解和編程，通常使用匯編語(yǔ)言指令（符號(hào)指令）和高級(jí)語(yǔ)言（用自然語(yǔ)言描述）來(lái)描述計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。匯編指令需通過(guò)匯編程序或人工方法匯編成機(jī)器能夠識(shí)別和執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言指令，高級(jí)語(yǔ)言需要經(jīng)過(guò)編譯或解釋成機(jī)器能識(shí)別和執(zhí)行的機(jī)器語(yǔ)言指令。本章采用Intel公司的標(biāo)準(zhǔn)格式匯編指令來(lái)分析AT89S51指令系統(tǒng)的功能和使用方法。3.1.1指令格式匯編語(yǔ)言指令是能匯編成機(jī)器語(yǔ)言代碼的指令。AT89S51的匯編指令格式兼容MCS-51，其匯編語(yǔ)言指令的格式如下。標(biāo)號(hào)：操作碼【操作數(shù)1】，【操作數(shù)2】，【操作數(shù)3】；注釋整個(gè)語(yǔ)句必須在一行內(nèi)寫完，分為四個(gè)部分。（1）第1部分標(biāo)號(hào)，可以省略，它是用戶定義的符號(hào)，標(biāo)號(hào)實(shí)際上是符號(hào)地址，標(biāo)號(hào)值代表這條指令在程序存儲(chǔ)器中的存放地址。標(biāo)號(hào)可以從字母開始，后跟1～8個(gè)英文字母或數(shù)字，并以冒號(hào)“:”結(jié)尾。3.1.1指令格式（2）第2部分第二部分為指令操作，由2～5個(gè)英文字符組成，根據(jù)不用的指令而不同，它反映了指令的功能，不同功能的指令，可以查閱AT89S51的匯編手冊(cè)。（3）第3部分第三部分為操作數(shù)，根據(jù)不同的指令，可以有1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)操作數(shù)，或根本沒(méi)有操作數(shù)。它與操作助記符之間至少有一個(gè)空格，可以由多個(gè)空格，操作數(shù)之間用逗號(hào)“,”分開。它反映的是指令的對(duì)象。（4）第4部分第四部分為注釋，注釋也可以省略，它以分號(hào)“;”開始，是用戶對(duì)該條指令或程序的說(shuō)明，注釋必須在一行之內(nèi)寫完，換行時(shí)需另外以分號(hào)“;”開始，注釋內(nèi)容可以為任何字符。3.1.2AT89S51的偽匯編指令匯編語(yǔ)言除了定義了匯編指令外，還定義了一些匯編偽指令，以支持匯編的運(yùn)行。偽指令是匯編時(shí)不產(chǎn)生機(jī)器語(yǔ)言代碼的指令，是CPU不能執(zhí)行的指令，僅提供匯編用的某些控制信息。AT89S51匯編語(yǔ)言常用的偽指令有如下幾條。（1）ORG定位偽指令格式：ORGmm一般是16位二進(jìn)制數(shù)，m指出在該指令后的（偽）指令的匯編地址，即生成的機(jī)器指令的起始存儲(chǔ)器地址。它必須放在每段源程序或數(shù)據(jù)段的開始行，在一個(gè)匯編語(yǔ)言的源程序中允許存在多條定位偽指令，但其中每一個(gè)m值都應(yīng)和前面生成的機(jī)器指令存放地址不重疊。3.2AT89S51單片機(jī)的尋址方式所謂尋址方式就是如何尋找存放操作數(shù)的空間地址，并把操作數(shù)提取出來(lái)的方法，它是單片機(jī)的重要性能指標(biāo)之一，也是匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的最基本的內(nèi)容之一。在匯編程序設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)的存放、傳送、運(yùn)算都要通過(guò)指令來(lái)完成，編程必須自始至終都十分清楚操作數(shù)的位置，以便將它們傳送到適當(dāng)?shù)目臻g去操作，這些都要針對(duì)系統(tǒng)的硬件環(huán)境編程。因此，如何尋找存放操作數(shù)的空間位置和提取操作數(shù)就十分重要。MCS-51單片機(jī)有8中尋址方式：寄存器尋址、直接尋址、立即尋址、寄存器間接尋址、基寄存器加變址寄存器間接尋址、相對(duì)尋址、位尋址和頁(yè)面尋址，下面作詳細(xì)講解。3.2.1立即尋址立即尋址方式中操作數(shù)包含在指令字節(jié)中，操作碼后面緊跟的是1B或2B操作數(shù)（稱為立即數(shù)），即操作數(shù)以指令字節(jié)的形式存放于程序存儲(chǔ)器中，在編寫成程序時(shí)用“#”號(hào)表示，以區(qū)別于直接地址。例如下面的代碼。MOV A,#5AH ;5AHAMOV DPTR,#2000H ;2000HDPTR3.2.2直接尋址直接尋址方式在指令中直接給出操作數(shù)所在存儲(chǔ)單元的地址，該地址指出了參與運(yùn)算或傳送的數(shù)據(jù)所在的字節(jié)單元或位的地址。直接尋址方式訪問(wèn)以下3種存儲(chǔ)空間：（1）特殊功能寄存器（特殊功能寄存器只能用直接尋址方式訪問(wèn)，即可以用它們的地址，也可以用它們的名字）；（2）內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的低128B（對(duì)于8032系列芯片，其內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128B（80H～0FFH）不能用直接尋址方式訪問(wèn)）；3.2.2直接尋址（3）位地址空間。例如下面的代碼。MOV A,5AH ;(5AH)→A是把片內(nèi)RAM中的5AH這個(gè)地址單元的內(nèi)容送入累加器A。MOV A,P1 ;(P1)→A是把SFR中P1口的內(nèi)容送入累加器A，它也可以寫成：MOV A,90H其中90H就是P1口的地址。直接尋址的地址需占1個(gè)字節(jié)，所以一條直接尋址方式的指令至少需要占內(nèi)存兩個(gè)單元。3.2.3寄存器尋址寄存器尋址就是由指令指出某一個(gè)寄存器的內(nèi)容為操作數(shù)，對(duì)所選的工作寄存器組R0～R7進(jìn)行操作，累加器ACC、B寄存器、數(shù)據(jù)指針DPTR和進(jìn)位C（布爾處理機(jī)的累加器C）也可用寄存器尋址的方式進(jìn)行訪問(wèn)，只是它們的尋址具體寄存器名會(huì)隱含在操作碼中。例如下面的代碼。MOV A,R0 ;(R0)→AMOV P1,A ;(A)→P1口3.2.4寄存器間接尋址操作數(shù)的地址事先存放在某個(gè)工作寄存器中，寄存器間接尋址方式是把指定寄存器的內(nèi)容作為地址，由該地址所指定的單元內(nèi)容作為操作數(shù)。AT89S51單片機(jī)規(guī)定R0和R1為間接尋址寄存器即地址指針（對(duì)堆棧操作指令用堆棧指針SP），它可尋址內(nèi)部RAM低128B地址單元的內(nèi)容。寄存器間接尋址方式也可適用于訪問(wèn)外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用R0、R1或DPTR作為數(shù)據(jù)指針，當(dāng)用R0、R1作為數(shù)據(jù)指針訪問(wèn)片外RAM時(shí)又稱為頁(yè)面尋址。寄存器間接尋址用符號(hào)@表示。例如下面的代碼。MOV A,@R0 ;((R0))→A指令中所規(guī)定的工作寄存器R0的內(nèi)容為地址指針，將該地址指針單元的內(nèi)容送給累加器A。3.2.5相對(duì)尋址相對(duì)尋址方式是以當(dāng)前的PC值為基準(zhǔn)，加上指令中給定的偏移量rel，所得的結(jié)果作為轉(zhuǎn)移地址。一般將相對(duì)轉(zhuǎn)移指令操作碼所在的地址稱為源地址，轉(zhuǎn)移后的地址稱為目的地址，則有：目的地址=源地址+相對(duì)轉(zhuǎn)移指令字節(jié)數(shù)+relAT89S51單片機(jī)指令中相對(duì)轉(zhuǎn)移指令字節(jié)數(shù)既有2個(gè)字節(jié)的，也有3個(gè)字節(jié)的，偏移量為有符號(hào)數(shù)，其取值范圍為-128B～+127B，在程序中一般以補(bǔ)碼表示。3.2.6基址加變址尋址基址寄存器加變址寄存器間接尋址的尋址方式是以16位的PC或DPTR作為寄存器，以8位的累加器A作為變址寄存器，基寄存器和變址寄存器的內(nèi)容相加形成新的16位的地址，該地址為操作數(shù)的地址。在MCS-51單片機(jī)中，用變址尋址方式只能訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器。訪問(wèn)時(shí)只能從ROM中讀取數(shù)據(jù)而不能寫入數(shù)據(jù)。故這種尋址方式多用于查表操作。例如下面的代碼。MOVC A,@A+DPTR表示基寄存器DPTR的內(nèi)容與變址寄存器累加器A的內(nèi)容相加形成新的16位地址，該地址單元的內(nèi)容送累加器A。3.2.7位尋址在計(jì)算機(jī)中，操作數(shù)不僅可以按字節(jié)為單位進(jìn)行存取和操作，而且也可以按8位二進(jìn)制數(shù)種的某一位為單位進(jìn)行存取和操作。位尋址方式是其操作數(shù)是8位二進(jìn)制中的某一位。在指令中給出的是位地址，即給出片內(nèi)RAM某一單元中的一位。位地址在指令中用bit表示。AT89S51單片機(jī)片內(nèi)RAM有兩個(gè)區(qū)域可以位尋址，其一是20H～2FH的16個(gè)單元的128位；其二是字節(jié)地址為8的倍數(shù)的特殊功能寄存器。3.2.7位尋址AT89S51單片機(jī)中位尋址常用以下兩種方式表示。（1）直接使用位地址。對(duì)于20H~2FH的16個(gè)單元共128位的位地址一般采用直接使用位地址的方式，如位地址08H表示21H單元的0位。（2）對(duì)于特殊功能寄存器，還可以直接用寄存器名字加位數(shù)表示，如PSW.3（或位地址0D3H）。例如下面的代碼。MOV C,01H ;01H為位地址3.2.8頁(yè)面尋址用寄存器間接尋址方式訪問(wèn)外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，當(dāng)用R0、R1作為地址指針訪問(wèn)片外RAM時(shí)的尋址方式稱為頁(yè)面尋址。頁(yè)面地址由P2口的內(nèi)容決定，頁(yè)面內(nèi)的地址由R0或R1的內(nèi)容決定。例如下面的代碼。MOV P2,#0A0HMOV R0,#01HMOV A,#10HMOV @RO,A表示將累加器A中的數(shù)據(jù)10H傳送到頁(yè)面為A0H，頁(yè)內(nèi)地址為01H的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址單元，即實(shí)際為傳送到0A001H地址單元。3.2.9尋址方式與存儲(chǔ)器的對(duì)應(yīng)雖然AT89S51單片機(jī)的尋址方式有很多種，但指令對(duì)哪一個(gè)存儲(chǔ)器空間進(jìn)行操作是由指令的操作碼和尋址方式確定的。一般來(lái)說(shuō)，有以下幾點(diǎn)。程序存儲(chǔ)器：只能采用立即尋址和基寄存器加變址寄存器間接尋址的尋址方式；特殊功能寄存器空間：只能采用直接尋址方式，不能采用寄存器間接尋址方式；內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器高128B：只能采用寄存器間接尋址方式，不能采用直接尋址方式；內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128B：既能采用寄存器間接尋址方式，又能采用直接尋址方式；外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：只能采用MOVX指令訪問(wèn)。3.3AT89S51單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳送指令A(yù)T89S51單片機(jī)指令系統(tǒng)共有42種操作助記符來(lái)描述33種操作功能，由111條指令組成。其中單字節(jié)指令49條，雙字節(jié)指令45條，三字節(jié)指令17條，下面分別介紹。CPU在進(jìn)行算術(shù)和邏輯操作時(shí)，絕大多數(shù)指令都有操作數(shù)，所以數(shù)的傳送是一種最基本、最主要的操作。在通常的應(yīng)用程序中，傳送指令在程序中占著極大的比例，數(shù)據(jù)傳送是否靈活、迅速，對(duì)整個(gè)程序的編寫和執(zhí)行都起著很大的作用。3.3.1以累加器A為目的操作數(shù)的指令①M(fèi)OV A,Rn ;寄存器尋址，（Rn）→A,n=0～7②MOV A,direct ;直接尋址，（direct）→A③MOV A，@Ri ;間接尋址，（（Ri））→A，i=0或1④MOV A，#data ;立即尋址，data→A這組指令的功能是把源操作數(shù)的內(nèi)容送到累加器A，源操作數(shù)的內(nèi)容不發(fā)生改變。3.3.2以Rn為目的操作數(shù)的指令①M(fèi)OV Rn,A ;寄存器尋址，（A）→Rn②MOV Rn,direct ;直接尋址，（direct）→Rn③MOV Rn，#data ;立即尋址，data→Rn這組指令的功能是把源操作數(shù)的內(nèi)容送到當(dāng)前工作寄存器組R0～R1中的某一個(gè)，源操作數(shù)的內(nèi)容不發(fā)生改變。3.3.3以直接地址為目的操作數(shù)的指令①M(fèi)OV direct,A ;寄存器尋址，（A）→(direct)②MOV direct,Rn ;直接尋址，（Rn）→(direct)③MOV direct1,direct2 ;直接尋址，（direct2）→(direct1)④MOV direct，@Ri ;寄存器間接尋址，（（Ri））→(direct),i=0~1⑤MOV direct，#data ;立即尋址，data→(direct)這組指令的功能是把源操作數(shù)的內(nèi)容送到直接地址指出的存儲(chǔ)單元。3.3.4以間接地址為目的操作數(shù)的指令①M(fèi)OV @Ri,A ;寄存器尋址，（A）→(Ri) ,i=0~1②MOV @Ri,direct ;直接尋址，（direct）→(Ri),i=0~1③MOV @Ri，#data ;立即尋址，data→(Ri),i=0~1這組指令的功能是把源操作數(shù)的內(nèi)容送到以R0或R1內(nèi)容為地址的內(nèi)部RAM存儲(chǔ)單元。3.3.516位數(shù)據(jù)傳送的指令MOV DPTR，#data16 ;立即尋址，data16→DPTR或dataH→DPH，dataL→DPL這條指令的功能是把16位立即數(shù)傳送到數(shù)據(jù)指針DPTR，16位數(shù)據(jù)的高8位送入DPH，低8位送入DPL。3.3.6查表指令①M(fèi)OVCA,@A+PC ;基寄存器加變址寄存器間接尋址，（（A））+（（PC））→A②MOVCA,@A+DPTR ;基寄存器加變址寄存器間接尋址，（（A））+（（DPTR））→A這組指令的功能是以基寄存器（PC或DPTR）的內(nèi)容與變址寄存器A的內(nèi)容作為無(wú)符號(hào)數(shù)相加，組成新的16位地址，該地址單元的內(nèi)容送累加器A。這兩條指令專門用于當(dāng)數(shù)據(jù)放在程序存儲(chǔ)器中時(shí)來(lái)查數(shù)據(jù)表。這里應(yīng)特別注意PC總是指向下一條指令的地址。3.3.7累加器A與片外RAM數(shù)據(jù)傳送指令①M(fèi)OVX A,@Ri ;頁(yè)面尋址，（P2）（（Ri））→A,i=0~1②MOVX A,@DPTR ;寄存器間接尋址，（（DPTR））→A③MOVX @Ri,A ;頁(yè)面尋址，（A）→P2（Ri）,i=0~1④MOVX @DPTR，A ;寄存器間接尋址，A→（（DPTR））這組指令的功能是將累加器A和外部擴(kuò)展的RAM/IO口之間的數(shù)據(jù)傳送。由于外部RAM/IO口是統(tǒng)一編址的，共占一個(gè)64KB的空間，所以從指令本身看不出是對(duì)RAM還是對(duì)I/O口操作，而只能由硬件的地址分配情況來(lái)確定。3.3.8堆棧操作指令①PUSH direct ;直接尋址，（SP）+1→SP，（direct）→（SP）這條指令的功能是首先將SP的內(nèi)容自動(dòng)加1，然后把直接地址指出的內(nèi)容傳送到SP尋址的內(nèi)部RAM單元中。②POP direct ;直接尋址，（SP）→direct，（SP）→1SP這條指令的功能是將SP尋址的內(nèi)部RAM單元的內(nèi)容送到直接地址所對(duì)應(yīng)的內(nèi)部RAM字節(jié)單元中，然后SP的內(nèi)容減1。3.3.9交換指令①XCH A,Rn ;寄存器尋址，（A）(Rn)②XCH A,direct ;直接尋址，（A）(direct)③XCH A,@Ri ;寄存器間接尋址，（A）（（Ri））,i=0~1④XCHD A,@Ri ;寄存器間接尋址，(A)0～3（（Ri））,i=0~1⑤SWAP A ;寄存器尋址，(A)0～3(A)4～7數(shù)據(jù)傳送類指令一般是把源操作數(shù)的內(nèi)容傳到目的操作數(shù)，指令執(zhí)行后，一般是源操作數(shù)的內(nèi)容不變。3.4AT89S51單片機(jī)的算術(shù)操作指令MCS-51算術(shù)運(yùn)算類指令包括加、減、乘、除基本四則運(yùn)算和增量（加1）、減量（減1）運(yùn)算，執(zhí)行結(jié)果將使進(jìn)位（Cy）、輔助進(jìn)位（AC）、溢出（OV）標(biāo)志置位或復(fù)位。但加1和減1指令不影響以上標(biāo)志。算術(shù)/邏輯運(yùn)算（ALU）部件僅執(zhí)行無(wú)符號(hào)二進(jìn)制整數(shù)的算術(shù)運(yùn)算。借助溢出標(biāo)志，可對(duì)帶符號(hào)數(shù)進(jìn)行2的補(bǔ)碼運(yùn)算；借助進(jìn)位標(biāo)志，可進(jìn)行多精度加、減運(yùn)算，也可以對(duì)壓縮的BCD碼數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。這類指令有ADD、ADDC、INC、SUBB、DEC、DA、MUL、DIV等8中操作助記符。3.4.1不帶進(jìn)位的加法指令①ADD A,Rn ;(A)+(Rn)→A②ADD A,direct ;(A)+(direct)→A③ADD A,@Ri ;(A)+((Ri))→A④ADD A,#data ;(A)+data→A這組指令的功能是把累加器A的內(nèi)容與工作寄存器的內(nèi)容或內(nèi)部RAM單元的內(nèi)容或立即數(shù)的8位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)相加，其和的結(jié)果存放在累加器A中。3.4.2帶進(jìn)位的加法指令①ADDC A,Rn ;(A)+(Rn)+Cy→A②ADDC A,direct ;(A)+(direct)+Cy→A③ADDC A,@Ri ;(A)+((Ri))+Cy→A④ADDC A,#data ;(A)+data+Cy→A這組指令的功能是把累加器A的內(nèi)容，與工作寄存器的內(nèi)容，或內(nèi)部RAM單元的內(nèi)容，或立即數(shù)的8位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)，和進(jìn)位標(biāo)志一起相加，其和的結(jié)果存放在累加器A中。3.4.3帶進(jìn)位的減法指令①SUBB A,Rn ;(A)-(Rn)-Cy→A②SUBB A,direct ;(A)-(direct)-Cy→A③SUBB A,@Ri ;(A)-((Ri))-Cy→A④SUBB A,#data ;(A)-data-Cy→A這組指令的功能是把累加器A的內(nèi)容，減去工作寄存器的內(nèi)容，或減去內(nèi)部RAM單元的內(nèi)容，或減去立即數(shù)的8位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)，并減去進(jìn)位標(biāo)志，其結(jié)果存放到累加器A中。如果位7需借位，則置位進(jìn)位標(biāo)志Cy，否則清Cy；如果位3需借位，則置位半進(jìn)位標(biāo)志AC，否則清AC；如果位6需借位而位7不需借位，或者位7需借位而位6不需借位，則置位溢出標(biāo)志OV，否則清OV。3.4.4增量（加1）指令①INC A ;(A)+1→A②INC Rn ;(Rn)+1→Rn③INC @Ri ;((Ri))+1→(Ri)④INC direct ;(direct)+1→direct⑤INC DPTR ;(DPTR)+1→DPTR這組增量指令的功能是將操作數(shù)所指定單元的內(nèi)容加1，除對(duì)累加器A操作影響P標(biāo)志位外，此操作不影響其他標(biāo)志。3.4.5減量（減1）指令①DEC A ;(A)-1→A②DEC Rn ;(Rn)-1→Rn③DEC @Ri ;((Ri))-1→(Ri)④D