MCS-51指令系统概述

一个单片机所需执行指令的集合即为单片机的指令系统。单片机使用的机器语言、汇编语言及高级语言，但不管使用是何种语言，最终还是要“翻译”成为机器码，单片机才能执行之。现在有很多半导体厂商都推出了自己的单片机，单片机种类繁多，品种数不胜数，值得注意的是不同的单片机它们的指令系统不一定相同，或不完全相同。但不管是使用机器语言、汇编语言还是高级语言都是使用指令编写程序的。

所谓机器语言即指令的二进制编码，而汇编语言则是指令的表示符号 。在指令的表达式上也不会直接使用二进制机器码，最常用的是十六进制的形式。但单片机并不能直接执行汇编语言和高级语言，都必须通过汇编器“翻译”成为二进制机器码方能执行，但如果直接使用二进制来编写程序，那将十分不便，也很难记忆和识别，不易编写、难于辨读，极易出错，同时出错了也相当难查找。所以现在基本上都不会直接使用机器语言来编写单片机的程序。最好的办法就是使用易于阅读和辨认的指令符号来代替机器码，我们常称这些符号为助记符，用助记符的形式表示的单片机指令就是汇编语言，为便于记忆和阅读，助记符号通常都使用易于理解的英文单词和拼音字母来表示。

每种单片机都有自己独特的指令系统，那么指令系统是开发和生产厂商定义的，如要使用其单片机，用户就必须理解和遵循这些指令标准，要掌握某种(类)单片机，指令系统的学习是必须的。

MCS-51共有111条指令，可分为5类：

[1].数据传送类指令(共29条)

[2].算数运算类指令(共24条)

[3].逻辑运算及移位类指令(共24条)

[4].控制转移类指令(共17条)

[5].布尔变量操作类指令(共17条)

 

一些特殊符号的意义

在介绍指令系统前，我们先了解一些特殊符号的意义，这对今后程序的编写都是相当有用的。

Rn——当前选中的寄存器区的8个工作寄存器R0—R7(n=0-7)。

Ri——当前选中的寄存器区中可作为地址寄存器的两个寄存器R0和R1(i=0,1)

direct—内部数据存储单元的8位地址。包含0—127(255)内部存储单元地址和特殊功能寄存地址。

#data—指令中的8位常数。

#data16—指令中的16位常数。

addr16—用于LCALL和LJMP指令中的16目的地地址，目的地址的空间为64kB程序存储器地址。

#addr11—用于ACALL和AJMP指令中的11目的地地址，目的地址必须放在与下条指令第一个字节同一个2kB程序存储器空间之中。

rel—8位带符号的偏移字节，用于所有的条件转移和SJMP等指令中，偏移字节对于下条指令的第一个字节开始的-128——+127范围内。

@—间接寄存器寻址或基址寄存器的前缀。

/—为操作的前缀，声明对该位操作书取反。

DPTR—数据指针。

bit—内部RAM和特殊功能寄存器的直接寻址位。

A—累加器。

B—累加器B。用于乘法和除法指令中。

C—进位标志位。

(x)—某地址单元中的内容。

((x))—由X寻址单元中的内容。

 

MCS-51的寻址方式

寻址的“地址”即为操作数所在单元的地址，绝大部分指令执行时都需要用到操作数，那么到哪里去取得操作数呢?最易想到的就是告诉CPU操作数所在的地址单元，从那里可取得响应的操作数，这便是“寻址”之意。MCS-51的寻址方式很多，使用起来也相当方便，功能也很强大，灵活性强。这便是MCS-51指令系统“好用”的原因之一。下面我们分别讨论几种寻址方式的原理。

[1].直接寻址

指令中操作数直接以单元地址形式出现，例如：

MOV A,68H

这条指令的意义是把内部RAM中的68H单元中的数据内容传送到累加器A中。值得注意的是直接寻址方式只能使用8位二进制地址，因此这种寻址方式仅限于内部 RAM进行寻址。低128位单元在指令中直接以单元地址的形式给出。对于特殊功能寄存器可以使用其直接地址进行访问，还可以以它们的符号形式给出，只是特殊功能寄存器只能用直接寻址方式访问，而无其它方法。

[2].寄存器寻址

寄存器寻址对选定的8个工作寄存器R0-R7进行操作，也就是操作数在寄存器中，因此指定了寄存器就得到了操作数，寄存器寻址的指令中以寄存器的符号来表示寄存器，例如：

MOV A,R1

这条指令的意义是把所用的工作寄存器组中的R3的内容送到累加器A中。

值得一提的是工作状态寄存器的选择是通过程序状态字寄存器来控制的，在这条指令前，应通过PSW设定当前工作寄存器组。

[3].寄存器间接寻址

寄存器寻址方式，寄存器中存放的是操作数，而寄存器间接寻址方式，寄存器中存放的则为操作数的地址，也即操作数是通过寄存器指向的地址单元得到的，这便是寄存器间接寻址名称的由来。

例如指令：

MOV A,@R0

这条指令的意义是R0寄存器指向地址单元中的内容送到累加器A中。假如R0=#56H，那么是将56H单元中的数据送到累加器A中。

寄存器间接寻址方式可用于访问内部RAM或外部数据存储器。访问内部RAM或外部数据存储器的低256字节时，可通过R0和R1作为间接寄存器。然而有必要指出，内部RAM的高128字节地址与专用积存器的地址是重叠的，所以这种寻址方式不能用于访问特殊功能寄存器。

外部数据存储器的空间为64kB，这时可采用DPTR作为间址寄存器进行访问，指令如下：

MOVX A,@DPTR

这条指令的意义是与上述类似，不再赘述。

[4].立即寻址

立即寻址就是把操作数直接在指令中给出，即操作数包含在指令中，指令操作码的后面紧跟着操作数，一般把指令中的操作数称为立即数，因此而得名。为了与直接寻址方式相区别，在立即数前加上“#”符号，例如：

MOVX A,#0EH

这条指令的意义是将0EH这个操作数送到累加器A中。

[5].变址寻址

变址寻址是以DPTR或PC作为基址寄存器，以累加器A作为变址寄存器，将两寄存器的内容相加形成16位地址形成操作数的实际地址。例如：

MOV A,@A+DPTR

MOVX A,@A+PC

JMP @A+DPTR

在这三条指令中，A作为偏移量寄存器，DPTR或PC作为变址寄存器，A作为无符号数与DPTR或PC的内容相加，得到访问的实际地址。其中前两条是程序存储器读指令，后一条是无条件转移指令。

[6].位寻址

在MCS-51单片机中，RAM中的20H—2FH字节单元对应的位地址为00H—7FH，特殊功能寄存器中的某些位也可进行为寻址，这些单元既可以采用字节方式访问它们，也可采用位寻址的方式访问它们。

[7].相对寻址

相对寻址方式是为了程序的相对转移而设计的，其夜里是以PC的内容为基址，加上给出的偏移量作为转移地址，从而实现程序的转移。转移的目的地址可参见如下表达式：

目的地址=转移指令地址+转移指令字接数+偏移量

值得注意的是，偏移量是有正负号之分的，偏移量的取值范围是当前PC值的-128—+127之间。