51单片机结构及指令

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1、第2章 MCS-51单片机指令系统与汇编 语言程序设计主要内容：MCS-51单片机的寻址方式、指令系统、基本程序结构 及汇编语言的开发和调试。重点在于寻址方式、各种指令 的应用、程序设计的规范、程序设计的思想及典型程序的 理解和掌握。难点在于控制转移、位操作指令的理解及各 种指令的灵活应用，以及程序设计的基本方法和针对具体 的硬件设计出最合理的软件。指令系统：一台计算机所能识别、执行的指令的集合就是它 的指令系统。机器语言：指令系统是一套控制计算机执行操作的二进制编 码，称为机器语言。机器语言指令是计算机惟一能识别和执 行的指令。 汇编语言：指令系统是利用指令助记符来描述的，称为汇编 语言。计

2、算机的指令系统一般都是利用汇编语言描述的，是由 计算机硬件设计所决定的。指令系统没有通用性。单片机一般是空机，未含任何系统软件。因此在第一次 使用前，必须对其进行编程， 2.1 概述 2.1.1 汇编语言指令格式与伪指令 1常用单位与术语位（bit）：位是计算机所能表示的最小的、最基本的数据单 位，位通常是指一个二进制位。字节（Byte）：一个连续的8位二进制数码称为一个字节，即 1Byte=8bit。字（Word）：通常由16位二进制数码组成，即1Word=2Byte。字长：字长是指计算机一次处理二进制数码位的多少。MCS- 51型单片机是8位机，所以说它的字长为8位。 MCS-51系列单片

3、机都是以Intel公司最早的典型产品8051 为核心，增加了一定的功能部件后构成的。本章以8051为主介 绍MCS-51系列单片机 。2汇编语言指令格式 指令格式：指令的表示方式称为指令格式，它规定了指令的长度和内部信 息的安排。完整的指令格式如下： 标号: 操作码 操作数 ,操作数 ;注释 其中： 项是可选项。 标号：指本条指令起始地址的符号，也称为指令的符号地址。代表该条指 令在程序编译时的具体地址。 操作码：又称助记符，它是由对应的英文缩写构成的，是指令语句的关键 。它规定了指令具体的操作功能，描述指令的操作性质，是一条指令中不可 缺少的内容。 操作数：它既可以是一个具体的数据，也可以是

4、存放数据的地址。 注释：注释也是指令语句的可选项，它是为增加程序的可读性而设置的， 是针对某指令而添加的说明性文字，不产生可执行的目标代码。伪指令（也称为汇编程序的控制命令）是程序员发给汇编程 序的命令，用来设置符号值、保留和初始化存储空间、控制用 户程序代码的位置。伪指令只出现在汇编前的源程序中，仅提供汇编用的某些控 制信息，不产生可执行的目标代码，是CPU不能执行的指令。（1）定位伪指令ORG格式：ORG n其中：n通常为绝对地址，可以是十六进制数、标号或表达式 。功能：规定编译后的机器代码存放的起始位置。在一个汇编语 言源程序中允许存在多条定位伪指令，但每一个n值都应和前面 生成的机器指

5、令存放地址不重叠。例如程序：ORG1000HSTART： MOVA，#20HMOVB，#30H3伪指令 （2）结束汇编伪指令END格式：标号: END 表达式功能：放在汇编语言源程序的末尾，表明源程序的汇编到此 结束，其后的任何内容不予理睬。（3）赋值伪指令EQU格式：字符名称x EQU 赋值项n功能：将赋值项n的值赋予字符名称x。程序中凡出现该字符 名称x就等同于该赋值项n，其值在整个程序中有效。赋值项n可 以是常数、地址、标号或表达式。在使用时，必须先赋值后使 用。“字符名称”与“标号”的区别是“字符名称”后无冒号，而“标 号”后面有冒号。（4）定义字节伪指令DB格式：标号: DB x1,

6、 x2, xn功能：将8位数据（或8位数据组）x1, x2, xn顺序存放在从当 前程序存储器地址开始的存储单元中。xi可以是8位数据、ASCII 码、表达式，也可以是括在单引号内的字符串。两个数据之间用 逗号“,”分隔。xi为数值常数时，取值范围为00HFFH。xi为ASCII码时，要 使用单引号，以示区别。xi为字符串常数时，其长度不应超过80 个字符。 （5）定义双字节伪指令DW格式：标号: DW x1, x2, xn功能：将双字节数据或双字节数据组顺序存放在从标号指定 地址单元开始的存储单元中。其中，xi为16位数值常数，占两个 存储单元，先存高8位（存入低位地址单元中），后存低8位（

7、存 入高位地址单元中）。（6）预留存储空间伪指令DS格式：标号: DS n功能：从标号指定地址单元开始，预留n个存储单元，汇编时不对这些存 储单元赋值。n可以是数据，也可以是表达式。（7）定义位地址符号伪指令BIT格式：字符名称x BIT 位地址n功能：将位地址n的值赋予字符名称x。程序中凡出现该字符名称x就代表 该位地址。位地址n可以是绝对地址，也可以是符号地址。（8）数据地址赋值伪指令DATA格式：字符名称x DATA 表达式n功能：把表达式n的值赋值给左边的字符名称x。n可以是数据或地址，也 可以是包含所定义的“字符名称x”在内的表达式，但不能是汇编符号。 DATA与EQU的主要区别是：

8、EQU定义的“字符名称”必须先定义后使用 ，而DATA定义的“字符名称”没有这种限制。所以，DATA伪指令通常用在 源程序的开头或末尾。 2.1.2 指令的分类 MCS-51指令系统有111条指令，可按下列几种方式分类： 1.按指令字节数分类单字节指令（49条）、双字节指令（46条）和三字节 指令（16条）。 2. 按指令执行时间分类单机器周期指令（65条）、双机器周期指令（44条） 和四机器周期指令（2条）。 3. 按功能分类数据传送指令（29条）、算术操作指令（24条）、逻 辑操作指令（24条）、控制转移指令（17条）和位操作指 令（17条）。 2.1.3 指令中的常用符号 Rn（n=07

9、）：表示当前工作寄存器R0R7中的任一个寄存器 。Ri（i=0或1）：表示通用寄存器组中用于间接寻址的两个寄存 器R0, R1。#data：表示8位直接参与操作的立即数。#data16：表示16位直接参与操作的立即数。direct：表示片内RAM的8位单元地址。addr11：表示11位目的地址，主要用于ACALL和AJMP指令中 。addr16：表示16位目的地址，主要用于LCALL和LJMP指令中。rel：用补码形式表示的8位二进制地址偏移量，取值范围为128 +127，主要用于相对转移指令，以形成转移的目的地址。DPTR：数据指针，用于寄存器间接寻址方式和变址寻址方式。2.1.3 指令中的

10、常用符号bit：表示片内RAM的位寻址区，或者是可以位寻址的SFR的位 地址。A（或ACC）、 B ：表示累加器、 B寄存器。C：表示PSW中的进位标志位Cy。：在间接寻址方式中，表示间接寻址寄存器指针的前缀标志 。$：表示当前的指令地址。/：在位操作指令中，表示对该位先求反后再参与操作。（X）：表示由X所指定的某寄存器或某单元中的内容。(X)：表示由X间接寻址单元中的内容。：表示指令的操作结果是将箭头右边的内容传送到左边。：表示指令的操作结果是将箭头左边的内容传送到右边。、 、 ：表示逻辑或、与、异或。寻址方式：在计算机中，说明操作数所在地址的方法称为指令 的寻址方式。计算机执行程序实际上是

11、在不断寻找操作数并进行操作的 过程。每种计算机在设计时已决定了它具有哪些寻址方式，寻址 方式越多，计算机的灵活性越强，指令系统也就越复杂。MCS-51单片机的指令系统提供了7种寻址方式，分别为立 即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址 、相对寻址和位寻址。一条指令可能含多种寻址方式。2.2 MCS-51单片机的寻址方式 2.2.1 立即寻址 定义：将立即参与操作的数据直接写在指令中，这种寻址方式 称为立即寻址。特点：指令中直接含有所需的操作数。该操作数可以是8位的 ，也可以是16位的，常常处在指令的第二字节和第三字节的位 置上。立即数通常使用#data或#data16表示，在立

12、即数前面加 “#”标志，用以和直接寻址中的直接地址（direc或bit）相区别 。 2.2.2 直接寻址 定义：将操作数的地址直接存放在指令中，这种寻址方式称为 直接寻址。 特点：指令中含有操作数的地址。该地址指出了参与操作的数 据所在的字节单元地址或位地址。计算机执行它们时便可根据 直接地址找到所需要的操作数。 寻址范围：ROM、片内RAM区、SFR和位地址空间。 2.2.3 寄存器寻址定义：操作数存放在MCS-51内部的某个工作寄存器Rn（R0R7 ）或部分专用寄存器中，这种寻址方式称为寄存器寻址。特点：由指令指出某一个寄存器的内容作为操作数。存放操作数 的寄存器在指令代码中不占据单独的一

13、个字节，而是嵌入（隐含 ）到操作码字节中。 寻址范围：四组通用寄存器Rn（R0R7）、部分专用寄存器（ A, B, DPTR, Cy ）。2.2.4 寄存器间接寻址定义：指令给出的寄存器中存放的是操作数据的单元地址。这种 寻址方式称为寄存器间接寻址，简称为寄存器间址。特点：指令给出的寄存器中存放的是操作数地址。寄存器间接 寻址是一种二次寻找操作数地址的寻址方式，寄存器前边必须 加前缀符号“”。不能用于寻址特殊功能寄存器SFR。 寻址范围：内部RAM低128B（只能使用R0或R1作间址寄存器） 、外部RAM（只能使用DPTR作间址寄存器）。对于外部低256 单元RAM的访问，除可以使用DPTR外

14、，还可以使用R0或R1作 间址寄存器。2.2.5 变址寻址定义：操作数存放在变址寄存器（累加器A）和基址寄存器（ DPTR或PC）相加形成的16位地址单元中。这种寻址方式称为基 址加变址寄存器间接寻址，简称为变址寻址。特点：指令操作码中隐含作为基址寄存器用的DPTR（或PC ） 和作为变址用的累加器A。在执行变址寻址指令时，MCS-51单 片机先把基地址（ DPTR或PC 的内容）和地址偏移量（A的内 容）相加，以形成操作数地址，再由操作数地址找到操作数， 并完成相应的操作。变址寻址方式是单字节指令。寻址范围：只能对程序存储器ROM进行寻址，主要用于查表性 质的访问。注意：累加器A中存放的操作

15、数地址相对基地址的偏移量的范 围为00HFFH（无符号数）。MCS-51单片机共有以下三条变 址寻址指令：MOVC A, A+PC ;（A）（A）+（PC）+1MOVC A, A+DPTR ;（A）（A）+（DPTR）JMP A+DPTR ;（PC）（A）+（DPTR） 2.2.6 相对寻址定义：将程序计数器PC的当前值（取出本条指令后的PC值）与 指令第二个字节给出的偏移量（rel）相加，形成新的转移目标 地址。称为相对寻址方式。特点：相对寻址方式是为实现程序的相对转移而设计的，为相 对转移指令所使用，其指令码中含有相对地址偏移量，能生成 浮动代码。 如： SJMP rel ; （PC）（P

16、C） + 2 + rel相对转移指令的目的地址指令地址指令字节数偏移量 寻址范围：只能对程序存储器ROM进行寻址。相对地址偏移量 （rel）是一个带符号的8位二进制补码，其取值范围为128 127（以PC为中间的256个字节范围）。 2.2.7 位寻址定义：指令中给出的操作数是一个可单独寻址的位地址，这种寻 址方式称为位寻址方式。特点：位寻址是直接寻址方式的一种，其特点是对8位二进制数 中的某一位的地址进行操作。寻址范围：片内RAM低128B中位寻址区、部分SFR（其中有83位 可以位寻址）。可位寻址的位地址的表示形式如下：（1）直接使用位地址形式。如：MOV 00H, C ;（00H）（Cy）其中：00H是片内