第3章 MCS-51指令系统

指令编码格式及分类

寻址方式

数据传送类指令

算术运算类指令

逻辑运算类指令

控制程序转移类指令

位操作类指令

学习指导和要求

理解和掌握指令的三种编码格式；

熟练掌握寻址方式；

熟记各种类型的指令格式及功能，并能编写简单程序。

§3-1 指令编码格式及分类

一、 指令编码格式

一条指令表示计算机所完成的某种操作。它通常由操作码和操作数两部分组成。例如：

MOV A,R1

本系统有下列三种指令编码格式:

单字节指令(49条）

格式1：

7 0

操作码

格式2：

7 0

操作码

双字节指令（46条）格式：

操作码

数据或地址

三字节指令（16条）格式：

操作码

数据或地址

数据或地址

例如：

一字节指令空操作NOP的编码格式为：

0 0 0 0 0 0 0 0

操作码

数据传送指令MOV A，R1的编码格式为：

1 1 1 0 1 0 0 1

操作码

两字节指令MOV A，#40H的编码格式为：

0 1 1 1 0 1 0 0 操作码74H

0 1 0 0 0 0 0 0 立即数40H

三字节指令MOV 20H，#3AH的编码格式为：

0 1 1 1 0 1 0 1 操作码75H

0 0 1 0 0 0 0 0 操作数的地址20H

0 0 1 1 1 0 1 0 立即数3AH

MOV DPTR，#1000H的编码格式为：

1 0 0 1 0 0 0 0 操作码90H

0 0 0 1 0 0 0 0 操作数高八位10H

0 0 0 0 0 0 0 0 操作数低八位00H

二、指令分类

按指令功能分为：

数据传送类指令（29条）；算术运算类指令（24条）；逻辑运算类指令（24条）；控制转移类指令（17条）；位操作指令（17条）。

在上述111条指令中，64条指令执行时间为一个机器周期，45条指令执行时间为两个机器周期，只有乘、除法指令执行时间为四个机器周期。当主频为12MHz时，典型指令执行时间为1us。

§3-2 寻址方式

寻址方式是指操作数存放存储单元地址的表示形式。

MCS-51指令系统共提供七种寻址方式：

立即寻址

该方式把操作数（即立即数）包含在指令字节中。在指令格式中，在立即数前冠以符号 '#'表示立即寻址方式。

例如：

MOV A，#40H ；A 40H

MOV DPTR，#1000H ; DPTR 1000H

存储格式为:

操作码

8位立即数

90H

10H

00H

操作码

高8位立即数

低8位立即数

直接寻址

该方式是把操作数的地址包含在指令字节中，而操作数本身则存放在该地址指示的数据存储单元中。在指令格式中，操作数的地址直接写在指令中。

例如：

MOV A，40H ；A （40H）

设：（40H）= 2BH

MOV A，40H 存储和执行示意图如图所示。

操作码

E5H A

直接地址

40H

40H

执行前，（40H）= 2BH

执行后，（40H）= 2BH，（A）= 2BH

寄存器寻址方式

该方式把操作数存放在指定的寄存器中。能实现这种寻址的寄存器有：R0～R7、A、B、DPTR。

例如：

MOV A，#30H ；A ←30H

立即寻址 寄存器寻址

MOV R0，R7 ；R0 （R7）

寄存器寻址寄存器寻址

寄存器间接寻址方式

该方式是把操作数的所在地址存放在指定的寄存器中。能实现这种寻址方式的寄存器有：R0、R1、DPTR。在指令格式中，在寄存器前面冠以符号'@'表示。

例如：

MOV A，@R0；A←（（R0））

寄存器间接寻址

寄存器寻址

设：（R0）= 40H （40H）= 3FH

执行前：（R0）= 40H （40H）= 3FH

执行后：（R0）= 40H （40H）= 3FH （A）= 3FH

基址加变址寻址方式

该方式把DPTR或PC寄存器作为基址寄存器，累加器A作为变址寄存器，（A）+（PC）或（A）+（DPTR）的和作为操作数的16位地址。这种寻址方式的指令只有三条：

MOVC A，@A+DPTR ; A←((A)+(DPTR))

MOVC A, @A+PC ; A←((A)+(PC))

JMP @A+DPTR ；跳转至（A）+（DPTR）

前两条是程序存储器读指令，用MOCV助记符。

相对寻址方式

这种寻址方式是以程序计数器PC的当前值为基准,加上指令中给出的相对偏移量rel以形成目标地址。该寻址方式常用在条件转转指令中,相对偏移量rel给出相对于PC当前值的跳转范围,其值是一个带符号的8位二进制数,取值范为-128～127,以补码形式置于操作码之后存放。

位寻址方式

MCS-51具有位处理功能，可以对二进制'位'进行操作。

(1) 位寻址的寻址范围

内部RAM中的20H-2FH字节地址范围，共128位，位地址为00H-7FH。

特殊功能寄存器的可寻址位。可位寻址的特殊功能寄存器有B、ACC、PSW、IP、IE SCON、TCON、P0~P3，共81个。

PSW中的CY作为位累加器。

(2) 位寻址方式

位寻址方式使用直接寻址方式，有下列四种表示形式：

直接地址方式：在指令中直接给出位地址。

点操作符方式：在字节地址或寄存器名与位序号之间加一个点。

位名称方式：直接给出寄存器的位名称。

例如状态寄存器PSW的格式如下：

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位地址

CY AC F0 RS1 RS0 OV / P D0H

位累加器

若将OV的内容传送到位累加器CY，可用下列指令完成。

MOV C ，0D2H MOV C，PSW.2

位地址 点方式

MOV C，0D0H.2 MOV C，OV

点方式 位名称

寻址方式与寻址存储空间:

寻址方式    符号表示    寻址存储空间

立  即      #data      程序存储器

直  接      direct     程序存储器和SFR

寄存器      寄存器名    R0～Ｒ7、A、B、DPTR

寄存器      @R0,@R1    内部RAM 00H~7FH

间  接      @DPTR      外部RAM 64KB

基址加      @A+PC      程序存储器

变  址      @A+DPTR

相对寻址    rel        程序存储器

指令表中符号意义的说明:

Rn: n=0~7，即R0~R7

Ri: i=0、1，即R0、R1

direct: 表示直接寻址方式

#data: 8位立即数

#data16: 16位立即数

addr16: 16位地址

addr11: 11位地址

rel: 相对偏移量

bit: 直接寻址位

§3-3 数据传送类指令

格式：MOV 目标，源；目标 源

特点：

(1) 指令中有数据源地址和传送数据目标地址, 传送方向由源地址中的数据传送到目的地址中，源地址中的内容不变。

(2) 数据传送类指令的执行结果不影响程序状态寄存器（PSW）中的各标志位。

数据传送类指令分为以下几种：

内部数据传送指令

数据传送在单片机内部进行，不通过外部总线，传送速度快。指令格式如下：

MOV A，#data ;A ←data

MOV Rn，#data ;Rn ←data

MOV direct，#data ;direct ← data

MOV @Ri,#data ;(Ri） ← data

MOV DPTR ,#data16 ;DPTR ← data16

MOV A ， Rn ;A ←(Rn)

MOV Rn , A ;Rn ←A

MOV A , direct ;A←(direct)

MOV direct, A ；direct ← (A)

MOV A ,@Ri ; A←((Ri))

MOV @Ri , A ;(Ri)←(A)

MOV Rn, direct ;Rn←(direct)

MOV direct , Rn ;direct←(Rn)

MOV @Ri ,direct ;(Ri)←(direct)

MOV direct, @Ri ;direct←((Ri))

MOV direct2,direct1 ;direct2←(direct1）

累加器与外部RAM之间的数据传送指令

(1）由Ri提供外部RAM的单元地址。格式：

MOVX A，@Ri ;A←((Ri)),i=0,1

MOVX @Ri, A ;(Ri) ←(A),i=0,1

只能访问外部RAM 00H-FFH256个存储单元。

(2)由DPTR提供外部RAM单元地址。格式：

MOVX A，@DPTR ;A←((DPTR))

MOVX @DPTR, A ;(DPTR) ←(A)

可以访问外部RAM的任意一个存储单元。

程序存储器数据传送指令

包括内部程序存储器和外部程序存储器。只能读数据传送是单方向的。格式如下：

MOVC A,@A+DPTR ;A ←((A)+(DPTR))

MOVC A,@A+PC ;A←((A)+(PC))

这两条指令同常用于查找程序中的数据表格。

堆栈操作指令

堆栈是建立在内部RAM中，通过堆栈指示器SP进行读写操作。指令格式为：

PUSH direct ;SP←(SP)+1, (SP)←(direct)

POP direct ;direct←((SP)), (SP)←(SP)-1

数据交换指令

(1) 字节交换指令格式为：

XCH A, Rn ;(A)←→(Rn),n=0~7

XCH A, direct ;(A)←→(direct)

XCH A, @Ri ;(A)←→((Ri)),i=0,1

(2) 半字节交换指令格式为：

XCHD A,@Ri ;(A3～0)←→((Ri)3～0)

SWAP A ;(A3～0)←→(A7～4)

这两条指令通常用于十六进制数或BCD码的数位交换。

§3-4 算术运算类指令

该类指令有加、减、乘、除四种，其特点是运算结果影响程序状态寄存器PSW中的标志位。

一、加法类运算指令

加法指令（影响CY、OV、AC、P）

ADD A, #data ; A (A)+data

ADD A,Rn ; A (A)+(Rn)

ADD A,direct ; A (A)+(direct)

ADD A,@Ri ; A (A)+((Ri))

带进位位CY的加法（影响CY、OV、AC、P）

ADDC A,#data ; A (A)+data+CY

ADDC A,Rn ;  ; A (A)+(Rn)+CY

ADDC A,direct ; A (A)+(direct)+CY

ADDC A,@Ri ; A (A)+((Ri))+CY

加1指令

INC A ; A (A)+1（影响P）

INC Rn ; Rn (Rn)+1

INC direct ; direct (direct)+1

INC @Ri ; (Ri) ((Ri))+1

二.减法运算指令

带借位位CY的减法（影响CY、OV、AC、P）

SUBB A,#data ; A (A) - data - CY

SUBB A,Rn ; A (A) - (Rn) - CY

SUBB A,direct ; A (A) - (direct) - CY

SUBB A,@Ri ; A (A) - ((Ri)) - CY

减1指令

DEC A ; A (A) - 1（影响P）

DEC Rn ; Rn (Rn) - 1

DEC direct ; direct (direct) -1

DEC @Ri ;(Ri) ((Ri)) - 1

三、乘除指令

乘法指令

MUL AB ；B、A （A）×（B）,影响OV、P

若（B）﹥ 0，则OV=1；否则OV=0。

除法指令

DIV AB  ；A、B (A）/（B）,影响OV、P

A中存放被除数，B中存放除数，执行之后A中存放商，B中存放余数。若除数为0，则OV=1，表示除法无意义。

四、十进制调整指令

十进制调整指令用于对BCD码十进制数加法运算的结果进行调整。

格式： DA A

调整方法为：

A中低四位大于9或标志位AC=1，则低四位加6调整，即A （A）+06H。

A中高四位大于9或标志位CY=1，则高四位加6调整，即A （A）+60H。

§3-5 逻辑运算类指令

一.单操作数逻辑运算指令

累加器清零

CLR A ; A 0

累加器取反

CPL A ; A ( A )

累加器循环左移

RL A ;

累加器循环右移

RR A ;

累加器带进位CY循环左移

RLC A ;

CY A7 A0

An+1 An ,CY A7 , A0 CY

累加器带进位CY循环右移

RRC A ;

CY A7 A0

A0 CY， CY A7 ， An+1 An

二.双操作数逻辑运算指令

逻辑与

ANL A,#data ; A (A)^data

ANL A,Rn ; A (A)^(Rn), n=0-7

ANL A,direct ; A (A)^(direct)

ANL A,@Ri ; A (A)^((Ri)), i=0,1

ANL direct,A ; direct (direct)^(A)

ANL direct,#data ; direct (direct)^data

逻辑或

ORL A,#data ; A (A)Vdata

ORL A,Rn ; A (A)V(Rn), n=0-7

ORL A,direct ; A (A)V(direct)

ORL A,@Ri ; A (A)V((Ri)), i=0,1

ORL direct,A ; direct (direct)V(A)

ORL direct,#data ; direct (direct)Vdata

逻辑异或

XRL A,#data ; A (A)data

XRL A,Rn ; A (A)(Rn),n=0-7

XRL A, direct ; A ( A)( direct)

XRL A,@Ri ; A (A)((Ri)),i=0,1

XRL direct,A ; direct (direct)(A)

XRL direct,#data ; direct (direct)data

§3-6 控制转移类指令

共分三种:无条件转移、条件转移和循环转移。

无条件转移

(1) 长转移指令

格式：LJMP 标号；转移至标号处执行，转移范围为64KB。

(2) 短转移指令

格式：SJMP 标号；转移至标号处执行，转移范围为256B。

(3) 绝对转移指令

格式：AJMP 标号 ；转移范围为2KB

(4) 相对转移指令

格式： JMP 标号 ；转移目标地址为（A）+（DPTR） PC。

条件转移指令

(1) 累加器判零转移指令

JZ 标号；若（A）=0，转至标号执行。

JNZ 标号；若（A） 0，转至标号执行。

(2) 比较转移指令

CJNE A,#data,标号；(A)  data,转至标号执行

CJNE A,direct,标号；(A)  (direct),转至标号执行

CJNE Rn,#data,标号；(Rn)  data,转至标号执行

CJNE @Ri,#data,标号；((Ri))  data,转至标号执行

(3) 减'1'不为零转移指令

DJNZ Rn,标号；Rn (Rn) -1 , 若(Rn) 0,转至标号执行。

DJNZ direct,标号；direct (direct)-1,若(direct) 0,转至标号执行。

空操作指令

NOP ；PC （PC）+1，不作任何操作，只消耗一个机器周期的时间，常用于程序的等待和延时。

§3-7 位操作指令

位传送指令

MOV C，bit ； CY （bit）

MOV bit, C ； bit （CY）

位置位和清除指令

SETB C ；CY 1

CLR C ；CY 0

SETB bit ；bit 1

CLR bit ；bit 0

位运算指令

ANL C，bit ；CY (CY)( bit)

ANL C，/bit ；CY (CY)( bit)

ORL C，bit ；CY (CY)V( bit)

ORL C，/bit ；CY (CY)V( bit)

CPL C ；CY  （CY）

CPL  bit ； bit   （ bit ）

位控制转移指令

JC 标号 ；若(CY)=1，转至标号处执行

JNC 标号 ；若(CY)=0，转至标号处执行

JB bit,标号 ；若(bit)=1，转至标号处执行

JNB bit, 标号 ；若(bit)=0 , 转至标号处执行

JBC bit,标号 ；若(bit)=1，转至标号处执行,并且0 bit。