MCS-51指令系統(tǒng)概述
一個單片機所需執(zhí)行指令的集合即為單片機的指令系統(tǒng)。單片機使用的機器語言、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”成為機器碼,單片機才能執(zhí)行之?,F(xiàn)在有很多半導體廠商都推出了自己的單片機,單片機種類繁多,品種數(shù)不勝數(shù),值得注意的是不同的單片機它們的指令系統(tǒng)不一定相同,或不完全相同。但不管是使用機器語言、匯編語言還是高級語言都是使用指令編寫程序的。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201610/307507.htm所謂機器語言即指令的二進制編碼,而匯編語言則是指令的表示符號 。在指令的表達式上也不會直接使用二進制機器碼,最常用的是十六進制的形式。但單片機并不能直接執(zhí)行匯編語言和高級語言,都必須通過匯編器“翻譯”成為二進制機器碼方能執(zhí)行,但如果直接使用二進制來編寫程序,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,同時出錯了也相當難查找。所以現(xiàn)在基本上都不會直接使用機器語言來編寫單片機的程序。最好的辦法就是使用易于閱讀和辨認的指令符號來代替機器碼,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。
每種單片機都有自己獨特的指令系統(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,用戶就必須理解和遵循這些指令標準,要掌握某種(類)單片機,指令系統(tǒng)的學習是必須的。
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)運算類指令(共24條)
[3].邏輯運算及移位類指令(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有用的。
Rn——當前選中的寄存器區(qū)的8個工作寄存器R0—R7(n=0-7)。
Ri——當前選中的寄存器區(qū)中可作為地址寄存器的兩個寄存器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字節(jié)同一個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—進位標志位。
(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,使用起來也相當方便,功能也很強大,靈活性強。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位二進制地址,因此這種尋址方式僅限于內(nèi)部 RAM進行尋址。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個工作寄存器R0-R7進行操作,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,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,這時可采用DPTR作為間址寄存器進行訪問,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,從而實現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移的目的地址可參見如下表達式:
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,偏移量是有正負號之分的,偏移量的取值范圍是當前PC值的-128—+127之間。
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