單片機原理與應用2024/1/15第3章

MCS-51指令系統

3.1MCS-51指令系統

3.1.1數據傳送指令

3.1.2算術運算指令

3.1.3邏輯運算指令

3.1.4位操作指令

3.1.5控制及轉移指令

3.2匯編語言程序設計基礎

3.2.1匯編語言程序結構

3.2.2多任務程序結構及實現

3.2.3匯編語言程序編輯與執行

3.2.4對匯編語言程序的基本要求2024/1/15單片機原理與應用3.0預備知識—WAVE仿真開發軟件安裝與使用

在學習指令系統前，先了解WAVE仿真開發軟件的安裝和使用方法。以便及時通過該仿真軟件理解MCS-51指令系統的功能和作用。2024/1/15單片機原理與應用

WAVE仿真開發軟件把源程序編輯、編譯、下載、調試等操作全部集中在一個環境下進行，支持MCS-51、PIC兩大系列、不同種類單片機CPU。具有軟件模擬執行功能，除輸入、輸出操作外，均可在軟件模擬環境下完成絕大部分應用程序的調試。

WAVE編譯器支持過程匯編，這樣在程序編寫、總裝、調試過程中不會遇到標號重定義問題，方便了大型程序編寫、調試。一、功能

2024/1/15單片機原理與應用

從WAVE網站下載WAVE6000仿真開發軟件（ZIP壓縮文件格式），經ZIP解壓后，運行其中的SETUP.EXE文件，該安裝程序將引導用戶完成WAVE6000仿真開發軟件的安裝過程。二、安裝2024/1/15單片機原理與應用三、啟動及界面認識

完成安裝后，首次啟動看到的界面單片機原理與應用2024/1/15四、初始化設置1.執行“仿真器”菜單，設置仿真器、仿真頭、CPU及晶振頻率等選項內容。必要時對“仿真頭”做進一步設置。2.

設置“語言”（對于匯編語言源程序來說，推薦使用WAVE編譯器及WAVE預定義符號）。3.

設置編譯后產生的“目標文件”的種類（支持二進制BIN文件格式和十六進制HEX文件格式）。缺省時僅產生十六進制HEX格式文件，可根據需要選擇。2024/1/15單片機原理與應用4.進入“通信設置”標簽，設置聯機通訊口、波特率（使用WAVE軟件模擬方式時無須設置）。5.進入“文本編輯器”標簽，設置“字體”（建議使用“Fixedsys”字體），而其他選項可使用缺省設置。6.

使用WAVE編譯器及WAVE預定義符號時，最好進入“匯編預定義符號”窗口，重新設置MCS-51定時/計數器T2控制寄存器T2CON位尋址功能。1、選擇仿真器、仿真頭類型及CPU型號

同時指定包括仿真方式，當選擇模擬仿真方式還需要設置晶振頻率。單片機原理與應用2024/1/15●設置仿真不同仿真頭、不同CPU，該設置窗內容、設置項不同2.選擇仿真語言建議：在使用匯編語言情況下，建議選擇“偉福匯編器”，并使用偉福預定義符號。3.選擇“目標文件”地址及種類一般僅需要選擇HEX(即十六進制)文件，在調式階段最后將未用置為00單片機原理與應用2024/1/154.選擇仿真器與PC機之間通訊端口及速率5.設置文件框2024/1/15單片機原理與應用2024/1/15單片機原理與應用2024/1/15單片機原理與應用2024/1/15單片機原理與應用2024/1/15單片機原理與應用五、應用程序編輯、編譯及運行

1.

創建、編輯源程序執行“文件”菜單下的“新文件”命令（或直接單擊“新文件”工具），創建新文件。2.

保存執行保存操作，將未命名的文件保存（對于匯編語言源程序來說，最好立即保存，告訴編輯器文件類型，如.ASM等。這樣在編輯源程序過程中，變量、數據、標號等就以“文本編輯器”設定的顏色顯示，直觀、排除了程序編輯過程中的錯誤。3.

打開已有文件2024/1/15單片機原理與應用

4.

源程序編輯方法及技巧查找、復制、剪貼功能的應用；源程序輸入過程的提示（指令編寫錯誤，數據格式錯誤顏色不同）。5.

編譯6.

設置斷點7.

運行運行方式：全速、單步、跟蹤。

2024/1/15單片機原理與應用六、應用舉例

(1)

從“CPU窗口”了解執行的機器碼及長度、偽指令ORG的含義和作用。(2)

編譯后，通過“CPU窗口”理解標號、變量定義、等值定義等偽指令含義和作用。利用單步執行了解指令執行時間（單位為us，可預先將晶振頻率設為12MHz，以便得到整數時間）。注意WAVE軟件默認的時鐘模式是“12時鐘/機器周期”，對于6時鐘/機器周期來說，執行時間要除2。

2024/1/15單片機原理與應用(3)

理解復位后PC、SP等特殊功能寄存器的初值及復位內部RAM的影響。(4)

理解工作寄存器區切換及R7～R0所對應的物理地址（觀察工作寄存器切換前對寄存器R7～R0讀寫結果）。(5)

設置定時/計數器工作方式后，可了解定時器T0、T1在定時狀態的運行情況及定時溢出中斷。(6)

通過一個實際例子介紹程序調試方法。特殊功能寄存器、內部RAM單元內容瀏覽及修改；執行方式、定位等。2024/1/15單片機原理與應用

MCS-51系列單片機采用復雜指令系統，共有42種操作碼助記符，支持直接尋址、寄存器尋址、間接尋址、立即數尋址、變址尋址、相對尋址、位尋址等七種尋址方式。不同指令操作碼助記符與不同尋址方式之間的組合就構成了MCS-51系列單片機的指令系統，共計111條。3.1MCS-51指令系統2024/1/15單片機原理與應用數據傳送指令算術運算指令邏輯運算指令控制轉移指令位操作指令每一類型指令中又包含若干條指令。按功能可將這些指令分成：2024/1/15單片機原理與應用在MCS-51指令系統中，數據傳送指令包括了：(1)

內部RAM、特殊功能寄存器之間的數據傳送，這類指令用“MOV”作為指令操作碼助記符。(2)

外部RAM與累加器A之間的數據傳送，這類指令用“MOVX”作為指令操作碼助記符。(3)

程序存儲器讀指令，即程序存儲器ROM與累加器A之間數據指令，這類指令用“MOVC”作為指令操作碼助記符。(4)

堆棧操作指令。(5)字節交換指令。3.1.1數據傳送指令2024/1/15單片機原理與應用MCS-51數據傳送示意圖2024/1/15單片機原理與應用

數據傳送指令一般不影響程序狀態字寄存器PSW中的標志位，只有當數據傳送到累加器A時，PSW中的奇偶標志位P會改變，原因是奇偶標志位P總是體現累加器A中“1”的個數的奇偶性。當累加器Acc為0時，Z(零)標志置1；反之Z標志清0。因此當目的操作數為累加器Acc時，數據傳送指令會影響Z標志。數據傳送指令執行后特點：2024/1/15單片機原理與應用1.內部RAM、特殊功能寄存器之間的數據傳送指令名稱指令格式機器碼功能指令周期以累加器A作為目的操作數MOVA,Rn11101rrrA←Rn1MOVA,direct11100101directA←(direct)1MOVA,@Ri1110011iA←(Ri)1MOVA,#data01110100dataA←data1以Rn寄存器作為目的操作數MOVRn,A11111rrrRn←A1MOVRn,direct10101rrrdirectRn←(direct)2MOVRn,#data01111rrrdataRn←data1以直接地址direct作為目的操作數MOVdirect,A11110101directdirect←A1MOVdirect,Rn10001rrrdirect(direct)←Rn2MOVdirect2,direct110000101direct1direct2(direct2)←(direct1)2MOVdirect,@Ri1000011idirect(direct)←(Ri)2MOVdirect,#data01110101directdata(direct)←data2

以Ri寄存器間接地址為目的操作數MOV@Ri,A1111011i(Ri)←A2MOV@Ri,direct1010011idirect(Ri)←(direct)2MOV@Ri,#data0111011idata(Ri)←data116立即數傳送MOVDPTR,#data1610010000D15～D8D7～D0DPH←D15～D8DPL←D7～D022024/1/15單片機原理與應用MOVA,#5AH;Acc←立即數MOVB,A;B←Acc。特殊功能寄存器間數據傳輸MOVA,P1;Acc←P1口，讀P1口I/O引腳狀態MOV30H,A ;30H←Acc，寄存器與RAM之間MOV38H,30H ;內部RAM單元之間數據傳送MOVR0,#38H ;內部RAM與累加器Acc數據傳送MOVA,@R0單片機原理與應用2024/1/152.外部RAM及I/O端口與累加器A之間的數據傳送

在MCS-51系統中，由于擴展I/O端口與外部RAM統一編碼，即擴展I/O端口地址占用外部RAM地址空間的某一單元，因此外部RAM及擴展I/O端口的讀寫操作指令、操作時序完全相同。只能通過累加器A存取外部RAM和擴展I/O端口，這類指令操作碼助記符為“MOVX”，其中“X”的含義是“eXternal”（外部）,指令格式、機器碼如表示3-2所示。指令名稱指令格式機器碼功能指令周期累加器A與外部RAM之間的數據傳送MOVXA,@DPTR11100000A←(DPTR)2MOVX@DPTR,A11110000(DPTR)←A2MOVXA,@Ri1110001iA←(Ri)2MOVX@Ri,A1111001i(Ri)←A2單片機原理與應用2024/1/153．累加器A與程序存儲器ROM之間的數據傳送指令

為了取出存放在程序存儲器中的表格數據，MCS-51提供了兩條查表指令，這兩條指令的操作碼助記符為“MOVC”，其中“C”的含義是“Code(代碼)”，表示操作對象是程序存儲器，指令格式、機器碼如表3-3所示。指令名稱指令格式機器碼功能指令周期查表指令MOVCA,@A+DPTR10010011A←(A+DPTR)2MOVCA,@A+PC10000011A←(A+PC)2單片機原理與應用2024/1/154．堆棧操作指令

堆棧操作也是計算機系統基本操作之一。設置堆棧操作的目的是為了迅速保護斷點和現場，以便在子程序或中斷服務子程序運行結束后，能正確返回主程序。MCS-51堆棧操作指令格式、機器碼如表3-4所示。指令名稱指令格式機器碼功能指令周期數據入棧PUSHdirect11000000directSP←SP+1(SP)←(direct)2數據出棧POPdirect11010000direct(direct)←(SP)SP←SP-125．字節交換指令

字節交換指令也屬于數據傳送指令范疇，不過交換后，源操作數與目的操作數內容相互對調，MCS-51提供了四條字節交換指令和兩條半字節交換指令，這些指令格式、機器碼如表3-5所示。指令名稱指令格式機器碼功能指令周期字節交換指令XCHA,Rn11001rrrA和Rn內容對調1XCHA,direct11000101directA和(direct)內容對調1XCHA,@Ri1100011iA和(Ri)內容對調1低4位對調XCHDA,@Ri1101011iA低4位和(Ri)低4位對調1累加器半字節交換SWAPA11000100A高4位與A低4位對調1表3-5MCS-51交換指令

單片機原理與應用2024/1/153.1.2算術運算指令

MCS-51提供了豐富的算術運算指令，如加法運算、減法運算、增1指令、減1指令以及乘法、除法指令等。一般情況下，算術運算指令執行后會影響程序狀態字寄存器PWS中相應的標志位。1.加法指令

加法指令操作碼助記符、指令格式以及機器碼如表3-6所示。指令名稱指令格式機器碼功能指令周期不帶進位加法指令

ADDA,Rn00101rrrA←A+Rn1ADDA,direct00100101directA←A+(direct)1ADDA,@Ri0010011iA←A+(Ri)1ADDA,#data00100100dataA←A+data1

帶進位加法指令

ADDCA,Rn00111rrrA←A+Rn+Cy1ADDCA,direct00110101directA←A+(direct)+Cy1ADDCA,@Ri0011011iA←A+(Ri)+Cy1ADDCA,#data00110100dataA←A+data+Cy1

單片機原理與應用2024/1/152.減法指令

減法指令操作碼助記符、指令格式以及機器碼如表3-7所示。表3-7MCS-51減法指令指令名稱指令格式機器碼功能指令周期帶借位減法指令

SUBBA,Rn10011rrrA←A－Rn－Cy1SUBBA,direct10010101directA←A－(direct)－Cy1SUBBA,@Ri1001011iA←A－(Ri)－Cy1SUBBA,#data10010100dataA←A－data－Cy1

2024/1/15單片機原理與應用MCS-51只有帶借位的減法指令，被減數是累加器A，減數可以是內部RAM、特殊功能寄存器或立即數之一，結果存放在累加器A中。與加法指令類似，操作結果同樣會影響標志位：Cy為1，表示被減數小于減數，產生借位；OV同樣用于判別兩個帶符號數相減后，差是否超出8位帶符號數所能表示的范圍（-128~+127）。當兩個異號數相減時，差的符號與被減數相反，則溢出標志OV為1，結果不正確！例如，被減數為正數，減數為負數，相減后，結果應該是正數，但如果累加器A的b7為1，即負數，則表明結果不正確。相減時，如果b3位向b4位借位，則Ac為1；反之為0。奇偶標志P總是體現累加器A中“1”的奇偶性，因此P也會變化。由于MCS-51指令系統只有帶借位的減法指令，因此，當需要執行不帶借位的減法指令時，可先通過“CLRC”指令，將進位標志Cy清0。3.加1指令

加1指令也稱為“增量指令”，操作結果是操作數加1。加1指令操作碼助記符、指令格式以及機器碼如表3-8所示。

指令名稱指令格式機器碼功能指令周期增量指令

INCA00000100A←A+11INCRn00001rrrRn←Rn+11INCdirect00000101direct(direct)←(direct)+11INC@Ri0000011i(Ri)←(Ri)+11INCDPTR10100011DPTR←DPTR+12表3-8MCS-51加1指令

加1指令不影響標志位，只有操作對象為累加器A時，才影響奇偶標志位P。當操作數初值為0FFH，則加1后，將變為00H。盡管加1指令與加數為1的加法指令同樣會使操作數增１，但彼此并不完全相同，例如：INCA ；通過增量指令使累加器A內容加1。該指令除了影響奇偶標志位P外，不影響其他標志位。ADDA,#01H ；通過加法指令使累加器A內容加1。該指令同樣會使累加器A內容加1，但該指令將影響Cy、OV、Ac以及P標志位，且指令機器碼占用兩個字節。當操作數是某一I/O口，如“INCP1”時，先將P1口鎖存器內容讀出，加1后，再寫入P1口鎖存器中，因此INCPi(i=0,1,2,3)屬于“讀-改-寫”指令。4.減1指令

減1指令使操作數減1。減1指令操作碼助記符、指令格式以及機器碼如表3-9所示。表3-9MCS-51減1指令指令名稱指令格式機器碼功能指令周期減1指令

DECA00010100A←A－11DECRn00011rrrRn←Rn－11DECdirect00010101direct(direct)←(direct)－11DEC@Ri0001011i(Ri)←(Ri)－112024/1/15單片機原理與應用

與加1指令情況類似，減1指令也不影響標志位，只有當操作數是累加器A時，才影響奇偶標志位P。當操作數的初值為00H時，減1后，結果將變為FFH。其他情況與加1指令類似。單片機原理與應用2024/1/155.乘法指令

MCS-51提供了8位無符號數乘法指令，該指令操作碼助記符、指令格式、機器碼如表3-10所示。表3-10MCS-51乘法指令指令名稱指令格式機器碼功能指令周期A×BMULAB10100100BA←A×B4

被乘數放在累加器A（8位無符號數）中，乘數放在寄存器B（8位無符號數）中，乘積（16位無符號數）的高8位放在寄存器B中，低8位放在累加器A中。2024/1/15單片機原理與應用MCS-51沒有提供8位×16位、16位×16位、16位×24位等多字節乘法指令，只能通過單字節乘法指令完成多字節乘法運算。例如24位×16乘法可通過如下方法實現：位24位被乘數占用3字節，用CBA表示；16位乘數占用2字節，用ED表示，乘積應該為40位。顯然“A*D”為16位，“B*D”為24位，“C*D”為32位；“A*E”為24位，“B*D”為32位，“E*C”為40位。因此，可采用如圖3-2所示算法完成24位×16位運算。2024/1/15單片機原理與應用圖3-224位×16位算法圖單片機原理與應用2024/1/156.除法指令

MCS-51提供了8位無符號數除法指令，該指令操作碼助記符、指令格式、機器碼如表3-11所示。表3-11MCS-51除法指令指令名稱指令格式機器碼功能指令周期A÷BDIVAB10000100A(商)←A÷BB(余數)←A÷B42024/1/15單片機原理與應用

被除數放在累加器A（8位無符號數）中，除數放在寄存器B（8位無符號數）中，商（8位無符號數）放在累加器A中，余數（8位無符號數）放在寄存器B中。顯然余數取值范圍為0～（除數-1）。該指令影響標志位：如果除數(即寄存器B)不為0，執行執行后，溢出標志OV、進位標志Cy總為0；如果除數為0，執行后，結果將不確定，OV置1，Cy仍為0。AC保持不變；奇偶標志P位隨累加器A中“1”的個數變化而變化。盡管MCS-51沒有提供16位÷8位、32位÷16位等多位除法運算指令，只能借助類似多項式除法運算規則完成多位除法運算。單片機原理與應用2024/1/157.十進制加法調正指令

十進制加法調正操作碼助記符、指令格式、機器碼如表3-12所示。表3-12MCS-51BCD加法調正指令指令名稱指令格式機器碼功能指令周期BCD加法調正DAA11010100根據進位標志Cy、輔助進位標志Ac以及累加器A內容，將累加器A內容轉化為BCD碼形式1單片機原理與應用2024/1/153.1.3邏輯運算指令

邏輯運算在計算機指令系統中，占有極重要的位置。MCS-51提供了豐富的邏輯運算指令，包括邏輯非（取反）、與、或、異或以及循環移位操作等。邏輯運算指令格式、操作碼助記符、機器碼等如表3-13所示。

指令名稱指令格式機器碼功能指令周期累加器A清0CLRA11100100A←01邏輯非（取反）CPLA11110100A←1邏輯與

ANLA,Rn01011rrrA←A∧Rn1ANLA,direct01010101directA←A∧(direct)1ANLA,@Ri0101011iA←A∧(Ri)1ANLA,#data01010100dataA←A∧data1ANLdirect，A01010010direct(direct)←(direct)∧A1ANLdirect，#data01010011directdata(direct)←(direct)∧#data2表3-13MCS-51邏輯運算指令（1）指令名稱指令格式機器碼功能指令周期邏輯或ORLA,Rn01001rrrA←A∨Rn1ORLA,direct01000101directA←A∨(direct)1ORLA,@Ri0100011iA←A∨(Ri)1ORLA,#data01000100dataA←A∨data1

ORLdirect，A01000010direct(direct)←(direct)∨A1ORLdirect，#data01000011directdata(direct)←(direct)∨#data2邏輯異或

XRLA,Rn01101rrrA←ARn1XRLA,direct01100101directA←A(direct)1XRLA,@Ri0110011iA←A(Ri)1XRLA,#data01100100dataA←Adata1

XRLdirect，A01100010direct(direct)←(direct)A1XRLdirect，#data01100011directdata(direct)←(direct)#data2表3-13MCS-51邏輯運算指令（2）2024/1/15單片機原理與應用指令名稱指令格式機器碼功能指令周期循環移位向左循環移位左循環移位RLA00100011←b7←b0←1帶Cy左循環RLCA

00110011

←Cy←b7←b0←1向右循環移位右循環移位RRA

00000011

→b7→b0→1帶Cy右循環RRCA

00010011

→Cy→b7→b0→1表3-13MCS-51邏輯運算指令（3）3.1.4位操作指令

位操作指令在單片機指令系統占有重要地位，這是因為單片機在控制系統中主要用于控制線路通、斷，繼電器的吸合與釋放等。因此，多數8位機依然保留了一位機功能，即提供了完整的位尋址功能和位操作指令。MCS-51單片機具有豐富的位操作指令，在位運算指令中，進位標志Cy的作用類似于字節運算指令中的累加器A，因此Cy在位操作指令中，被稱為“位累加器”。MCS-51內部RAM字節地址20H～2FH單元是位存儲區（16字節×8位，共128個位），位存儲器地址編碼從00～7FH，即20H字節地址b0位的位地址為00H，b1位的位地址為01H，…2FH字節地址的b7位的位地址為7FH。此外，許多特殊功能寄存器，如P0～P3口鎖存器、程序狀態字PSW、定時/計數器控制寄存器TCON等均具有位尋址功能。因此，位存儲器包括了內部RAM中20H～2FH單元的位存儲區以及特殊功能寄存器中支持位尋址的所有位。MCS-51位操作指令操作碼助記符、指令格式、機器碼等如表3-14所示。

指令名稱指令格式機器碼功能指令周期位傳送MOVC,bit10100010bitC←(bit)1MOVbit,C10010010bit(bit)←C2位變量修改位清0CLRC11000011C←01CLRbit11000010bit(bit)←01位置1SETBC11010011C←11SETBbit11010010bit(bit)←11位取反CPLC10110011C←1CPLbit10110010bit(bit)←1位邏輯運算邏輯與ANLC,bit10000010bitC←C∧(bit)2ANLC,/bit10110000bitC←C∧2邏輯或ORLC,bit01110010bitC←C∨(bit)2ORLC,/bit10100000bitC←C∨2單片機原理與應用2024/1/153.1.5控制及轉移指令

以上介紹的指令均屬于順序執行指令，即執行了當前指令后，接著就執行下一條指令。但在計算機中，只有順序執行指令是不夠的，更一般的情況是：執行了當前指令后，往往需要根據執行結果做出判別：繼續執行隨后的指令，還是轉去執行其他的指令系列，這就需要控制和轉移指令。控制轉移指令包括跳轉指令、調用指令、返回指令以及停機指令等。2024/1/15單片機原理與應用3.2匯編語言程序設計基礎

介紹了MCS-51指令系統后，這一節簡要介紹匯編語言程序結構、程序設計方法、技巧及注意事項等方面的基礎知識。3.2.1匯編語言程序結構

1.MCS-51程序總體結構

MCS-51匯編語言源程序一般由主程序、完成特定操作的子程序（可能不止一個）及相應功能的中斷服務程序等部分組成，結構如下：；---------------程序頭（即定義變量和等值符號）---------

SCL BITP1.2 ；定義SCL位變量

…… ORG0000H LJMPMain；------------------主程序------------------------ ORGyyyy ;其中yyyy就是主程序代碼存放區的首地 ;址，如0100H。Main：

MOVR2,#248 MOVR0,#08HLOOPIC：

MOV@R0,#00H INCR0 DJNZR2,LOOPIC ;內部RAM清0

MOVSP,#7FH ;初始化有關寄存器，如設置堆棧指針SP、初始化外設控制寄 ;存器，如中斷控制寄存器、定時/計數器控制寄存器等。

…… ;主程序實體，具體指令由程序功能決定。

LCALLSUB1 ;調用子程序1，其中SUB1為子程序名。

……

；------------------子程序結構------------------------ SUB1：

PUSHPSW PUSHACC ;通過PUSH指令保護子程序中用到的有關寄存器，如Acc、

;PSW等，即保護現場。

…… ;子程序實體，具體指令由程序功能決定。

POPACC POPPSW ;恢復現場。

RET ;子程序最后一條指令，使子程序運行結束，返回主程序斷點。；------------------中斷服務程序結構------------------------ PUSHPSW PUSHACC ;通過PUSH指令保護中斷服務程序中用到的有關寄存器。

SETBRS0 CLRRS1 ;切換工作區（這里假設使用1區）

…… ;中斷服務程序實體