第1页：项目3 51单片机指令系统封面
项目3「51单片机指令系统」系统讲解MCS-51指令的格式、寻址方式，以及数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移与位操作五大类指令。
第2页：指令系统概述
3.1 指令系统概述：所谓指令，就是指挥计算机工作的基本操作命令；计算机所能执行的基本操作命令的集合就构成了计算机的指令系统。
- 按一定目的编写的程序，实际就是各种指令的组合
- 程序设计语言：机器语言、汇编语言、高级语言
第3页：指令的格式
3.1.1 指令的格式：格式为「标号： 操作码 操作数 ；注释」。
- 标号：也称标识符，由用户自行定义，由1～8个字符组成，必须以字母开头，其余可以是字母或数字等
- 操作码：也称指令助记符，规定指令的功能
- 操作数：指令的操作对象，规定参与操作的数据来源或结果存放地点，大多为1～2个，个别指令有3个（如CJNE）
- 注释：必须以「；」开始的说明性文字，不是指令的功能部分，可以省略
例如：LOOP: MOV A,#05H ；累加器A中送入数据05H
第4页：指令系统的符号说明
3.1.2 指令系统的符号说明：
- Rn
- 当前选定寄存器组的工作寄存器R0～R7
- Ri
- 作为间接寻址地址指针的R0～R1
- #data
- 8位立即数，即00H～FFH
- #data16
- 16位立即数，即0000H～FFFFH
- addr16
- 16位地址，用于64K范围内寻址，通常也可用字符串表示
- addr11
- 11位地址，用于2K范围内寻址，通常也可用字符串表示
- direct
- 8位直接地址，可以是内部RAM某一单元或某一专用寄存器地址
- Rel
- 带符号的8位偏移量（-128～+127），通常也可用字符串表示
- Bit
- 位寻址区的直接寻址位或可位寻址的特殊功能寄存器的位地址
第5页：立即寻址
3.1.3 寻址方式：所谓寻址方式就是获得操作数的方式，按源操作数的性质确定，与目的操作数无关。1.立即寻址：指令中给出的就是操作数本身，用「#」作为前缀，有8位和16位两种形式。
- MOV A,#100 ；将立即数100（64H）送入累加器A
- MOV R0,#32H ；将立即数32H送入R0
- MOV 30H,#40H ；将立即数40H送入数据存储器30H单元
三条指令执行完后：A中为64H，R0中为32H，30H单元为40H。
第6页：直接寻址与寄存器寻址
- 2.直接寻址：指令中给出操作数所在的单元地址，寻址范围只限内部RAM低128单元（00H～7FH）和特殊功能寄存器；例如 MOV A,40H、MOV A,P1
- 3.寄存器寻址：操作数在寄存器中，以寄存器内容为操作数；通用寄存器指A、B、DPTR以及R0～R7，工作寄存器R0～R7常用于寄存器寻址；例如 MOV A,R0
第7页：寄存器间接寻址
4.寄存器间接寻址：指令中给出的是操作数的单元地址，而这个地址放在一个寄存器中，通过寄存器间接得到操作数。
例如：R0中内容为40H，内部RAM中40H单元内容为62H，执行指令 MOV A，@R0 后，R0中内容不变，A中内容变为62H，其操作过程示意图如图3-1所示。
第8页：变址寻址
5.变址寻址：指令中给出操作数单元的复合地址，即基址寄存器加变址寄存器的间接寻址方式。通常以DPTR或PC作为基本地址、累加器A作为变址，两者内容相加形成16位程序存储器地址。
例如：A中内容为05H，DPTR中内容为2100H，程序存储器2105H处内容为3FH，执行 MOVC A，@A+DPTR 后，DPTR不变，A中内容变为3FH，如图3-2所示。变址寻址方式仅适用于程序存储器（ROM）。
第9页：位寻址
6.位寻址：指令给出的不再是单元地址，而是8位中的一位地址，通常出现布尔累加器C。寻址范围包括内部RAM 20H～2FH位寻址区中的128位和SFR中11个可位寻址寄存器的83位。位寻址有4种表示方式：
- 直接给出位地址：MOV C,2FH
- 单元地址与位地址组合：MOV C,22H.6 表示22H单元的第6位
- 特殊功能寄存器符号与位组合：MOV C,P1.3 表示P1口的第3位
- 位的专用符号：MOV C,AC 即PSW中的D6位
第10页：相对寻址方式
7.相对寻址方式：在相对转移指令中使用的寻址方式，给出相对于PC当前所指位置的偏移量，使程序跳转到新的位置执行。
例如：在1000H处有短转移指令，rel＝05H，执行 1000H: SJMP rel 后，程序转移到1007H处继续执行。该指令占两个字节，取出指令后PC指向1002H，目标地址为 PC+2+rel＝1000+2+5＝1007H。
第11页：单片机指令的分类
3.1.4 单片机指令的分类：MCS-51系列单片机指令系统由111条指令组成。
- 按机器码字节数：单字节指令49条、双字节指令45条、3字节指令17条
- 按执行时间：单周期指令64条、双周期指令45条、4周期指令2条（乘、除法运算）
按操作功能分为五大类：数据传送类（28条）、算术运算类（24条）、逻辑运算及移位类（25条）、控制转移类（17条）、布尔变量操作类（17条）。
第12页：以累加器A为目的操作数的数据传送指令
3.2.1 内部RAM数据传送指令：指单片机内部各寄存器和存储器之间的数据传送，按目的操作数不同分为几种类型。
- MOV A，Rn ；A←（Rn）
- MOV A，direct ；A←（direct）
- MOV A，@Ri ；A←（（Ri））
- MOV A，#data ；A←data
第13页：以寄存器Rn和直接地址为目的操作数的指令
- 2.以寄存器Rn为目的操作数：MOV Rn,A；MOV Rn,direct；MOV Rn,#data，功能是把源地址单元中的内容送入工作寄存器，源操作数不变
- 3.以直接地址为目的操作数：MOV direct,A；MOV direct1,direct2；MOV direct,@Ri；MOV direct,#data，功能是把源地址单元中的内容送入直接地址指定的内部RAM单元，源操作数不变
第14页：以间接地址为目的操作数的指令
4.以间接地址为目的操作数的指令：
- MOV @Ri,A ；((Ri))←（A）
- MOV @Ri,#data ；((Ri))←data
- MOV @Ri,direct ；((Ri))←direct
这里不是将源操作数送给Ri，而是送到以Ri的内容为地址的内部RAM单元中。例如 MOV @R1,#100，若R1＝32H，执行后R1值不变，32H单元的内容变为100。
【特别提示】若立即数以A、B、C、D、E或F开头，需要在前面加0，例如FFH在指令中应写成0FFH。
第15页：以DPTR为目的操作数的指令
5.以DPTR为目的操作数的指令：MOV DPTR，#data16 ；DPTR←data16。8051是8位机，这是唯一的一条16位立即数传递指令，功能是将16位立即数送入DPTR，其中高8位送入DPH，低8位送入DPL。
- 例如 MOV DPTR，#1234H 执行后，DPH中为12H，DPL中为34H
- 分别向DPH、DPL送数效果相同：MOV DPH,#35H 与 MOV DPL,#12H 相当于执行 MOV DPTR，#3512H
第16页：外部RAM数据传送：DPTR间接寻址
3.2.2 外部RAM的数据传递指令：访问外部RAM只能使用间接寻址方式。
【特别提示】在51单片机中，与外部RAM打交道的只可以是累加器A：所有送入外部RAM的数据必须通过A送去，所有读入的外部RAM数据也必须通过A读入；指令在MOV后增加「X」表示对外部RAM的数据传送。
1.使用DPTR间接寻址：
- MOVX A,@DPTR ；A←((DPTR))
- MOVX @DPTR,A ；((DPTR))←（A）
- DPTR是16位数据指针，可寻址范围为64KB（0000H～FFFFH）
第17页：外部RAM数据传送：Ri间接寻址
2.使用Ri间接寻址：
- MOVX A,@Ri ；A←((Ri))
- MOVX @Ri,A ；((Ri))←A
这两条指令与DPTR间接寻址功能基本相同，但由于Ri（R0或R1）只是8位寄存器，只提供低8位地址，可寻址范围仅为外部RAM中的低256个单元（00H～FFH）。
编程练习：将外部RAM中01H单元的数据与02H单元数据互换。
第18页：ROM数据传送指令与查表
3.2.3 ROM数据传送指令：这里的ROM既包括外部ROM也包括内部ROM，单片机ROM统一编址，指令不用区分；ROM只能读不能写，数据传送是单向的，即从ROM读取数据并只能送入累加器A中。
- MOVC A，@A+DPTR ；A←((A)+(DPTR))
- MOVC A，@A+PC ；A←((A)+(PC))
这类指令属于变址寻址方式，寻址范围64KB，也被称为查表指令。区别：以DPTR为基址时，可事先给DPTR赋64KB范围内的任意值，与A相加后可在整个ROM 64KB空间查表，使用方便；以PC为基址时，PC有严格的当前值，A为8位无符号数，只能在当前指令的256个单元范围内查表。
第19页：数据交换指令
3.2.4 数据交换指令：指内部RAM单元与累加器A的内容进行交换，分为整个字节交换、半字节交换以及累加器A半字节交换等几种。
1.字节交换指令：
- XCH A，Rn ；（A）←→（Rn）
- XCH A，direct ；（A）←→（direct）
- XCH A，@Ri ；（A）←→（（Ri））
- 以上指令结果影响程序状态字寄存器PSW的P标志
2.半字节交换指令：指内部RAM单元与A之间进行低4位数据交换，XCHD A，@Ri ；（A）3-0 ←→（（Ri））3-0。
第20页：堆栈指令
3.2.5 堆栈指令：堆栈是用户自己设定的内部RAM中的一块专用存储区，向栈里存取数据的操作称为堆栈操作，存放数据称为入栈，取出数据称为出栈。堆栈操作必须是字节操作，且只能直接寻址。
- PUSH direct ；SP←（SP）+1，（SP）←（direct）
- POP direct ；（direct）←（（SP）），SP←（SP）-1
入栈分两步：先将SP加1，再将direct中的数据传送到以SP值为地址的RAM单元中，因此入栈数据增多时SP永远指向已入栈数据的最高地址处，即栈顶。
第21页：算术运算指令概述
3.3 算术运算指令：MCS-51指令系统有丰富的算术运算类指令，共24条，可分为不带进位加法、带进位加法、带借位减法、加1、减1、乘、除和十进制调整指令等。
- 主要完成加、减、乘、除四则运算以及增量、减量和十进制调整等操作
- 执行过程中会影响PSW中的某些位，如进位位Cy、辅助进位标志AC、溢出标志OV以及奇偶校验标志P
第22页：不带进位加法指令
3.3.1 加法指令：1.不带进位加法指令（4条）。
- ADD A,#data ；（A）+data→A
- ADD A,Rn ；（A）+（Rn）→A
- ADD A,@Ri ；（A）+（（Ri））→A
- ADD A,direct ；（A）+（direct）→A
对PSW标志位的影响：
- 进位标志CY：和的D7位有进位时（CY）＝1，否则为0
- 辅助进位标志AC：和的D3位有进位时（AC）＝1，否则为0
- 溢出标志OV：和的D7、D6位只有一个有进位时（OV）＝1；同时有进位或同时无进位时（OV）＝0
- 奇偶标志P：累加器ACC中1的个数为奇数时（P）＝1，为偶数时（P）＝0
第23页：带进位加法指令
2.带进位加法指令（4条）：
- ADDC A,#data ；（A）+data+（Cy）→A
- ADDC A,Rn ；（A）+（Rn）+（Cy）→A
- ADDC A,@Ri ；（A）+（（Ri））+（Cy）→A
- ADDC A,direct ；（A）+（direct）+（Cy）→A
功能是将源操作数、累加器A中操作数以及进位标志Cy的值相加，结果送到A中。带进位加法常用于多字节加法运算，例如两个字节数相加，高位字节相加时就需要考虑低位字节相加后可能产生的进位。
第24页：加1指令
3.加1指令（5条）：
- INC A ；A←（A）+1
- INC Rn ；Rn←（Rn）+1
- INC direct ；direct←（direct）+1
- INC @Ri ；（Ri）←（（Ri））+1
- INC DPTR ；DPTR←（DPTR）+1
功能是使源操作数的值加1并将结果送回原来的单元。加1指令执行较快，只有INC A影响PSW的奇偶校验位，其余指令不影响标志位状态。例如（A）＝0FFH，执行INC A后变为00H，但溢出标志位没有变化。
第25页：带借位减法指令
3.3.2 减法指令：1.带借位减法指令（4条）。
- SUBB A，Rn ；A←（A）－（Rn）－（CY）
- SUBB A，direct ；A←（A）－（direct）－（CY）
- SUBB A，@Ri ；A←（A）－（（Ri））－（CY）
- SUBB A，#data ；A←（A）－data－（CY）
功能是将A中的值减去其后面的值，再减去Cy的值，结果送回A中。减法指令只有带借位一种，没有不带借位的减法；若要进行不带借位的减法运算，可先执行一条 CLR C 将Cy清零。使用SUBB指令时，若系统未特别指出Cy值，第一次相减一定要清零借位标志位。
第26页：减1指令
2.减1指令（4条）：
- DEC A ；A←（A）-1
- DEC Rn ；Rn←（Rn）-1
- DEC direct ；direct←（direct）-1
- DEC @Ri ；（Ri）←（（Ri））-1
功能是使源操作数的值减1并将结果送回原来的单元。与加1指令一样，只有DEC A影响PSW的奇偶校验位，其余指令不影响标志位状态。
第27页：乘法指令
3.3.3 乘除法指令：乘除法指令执行需要4个机器周期，是指令系统中执行时间最长的指令。
1.乘法指令：MUL AB ；BA←（A）×（B）。功能是把累加器A和寄存器B中两个8位无符号整数相乘，乘积的高8位存于B中，低8位存于A中。
- 标志位影响：CY标志总是被清0，即CY＝0；OV反映乘积的位数，OV＝1表示乘积为16位数（结果大于FFH，B中内容不为0），OV＝0表示乘积为8位数
- 例如（A）＝50H、（B）＝05H，执行MUL AB后（A）＝90H、（B）＝01H，乘积结果为0190H
第28页：除法指令
2.除法指令：DIV AB ；A商，B余←（A）÷（B）。功能是把累加器A和寄存器B中的两个8位无符号整数相除，所得商的整数部分存于A中，余数存于B中。
- 标志位影响：CY位总是被清0；OV反映除数情况，若除数为0则OV＝1，表示本次运算无意义，否则OV＝0
- 例如（A）＝51H、（B）＝05H，执行 DIV AB 后（A）＝10H（商）、（B）＝01H（余数）
第29页：十进制调整指令
3.3.4 十进制调整指令：DA A 是一条专用指令，用于对BCD码十进制加法运算的结果进行修正。
- MOV A,#75H
- MOV R3,#69H
- ADD A,R3 ；（A）＝DEH，CY＝0
- MOV B,A ；（B）＝DEH
- DA A ；（A）＝44H，CY＝1
第30页：累加器A清零、取反与循环左移
3.4.1 累加器A的逻辑操作指令：
- 1.累加器A清0：CLR A ；A←00H
- 2.累加器A取反：CPL A，对A取反后结果仍存入A中
- 3.累加器A循环左移：RL A，利用左移指令可实现对A中无符号数乘2的目的，D7←D0
第31页：累加器A移位与半字节交换指令
- 4.累加器A带进位循环左移：RLC A
- 5.累加器A循环右移：RR A，对A循环右移可实现无符号数除2运算
- 6.累加器A带进位循环右移：RRC A
- 7.累加器A半字节交换：SWAP A，功能是将A中内容的高4位与低4位互换
第32页：逻辑与指令
3.4.2 逻辑运算指令：1.逻辑与指令（6条）。
- ANL A，Rn ；A←（A）∧（Rn）
- ANL A，direct ；A←（A）∧（direct）
- ANL A，@Ri ；A←（A）∧（（Ri））
- ANL A，#data ；A←（A）∧#data
- ANL direct，A ；direct←（direct）∧（A）
- ANL direct，#data ；direct←（direct）∧#data
功能是将目的操作数和源操作数按位进行逻辑与操作，结果送目的操作数。程序设计中主要用于对目的操作数中的某些位进行屏蔽（清0）：将需屏蔽的位与0相与，其余位与1相与即可。
第33页：逻辑或指令
2.逻辑或指令（6条）：
- ORL A，Rn ；A←（A）∨（Rn）
- ORL A，direct ；A←（A）∨（direct）
- ORL A，@Ri ；A←（A）∨（（Ri））
- ORL A，#data ；A←（A）∨#data
- ORL direct，A ；direct←（direct）∨（A）
- ORL direct，#data ；direct←（direct）∨#data
功能是将目的操作数和源操作数按位进行逻辑或操作，结果送目的操作数。逻辑或指令可对目的操作数的某些位置位：将需置位的位与1相或，其余位与0相或即可，常用于组合数据。
第34页：逻辑异或指令
3.逻辑异或指令（6条）：
- XRL A，Rn ；A←（A）⊕（Rn）
- XRL A，direct ；A←（A）⊕（direct）
- XRL A，@Ri ；A←（A）⊕（（Ri））
- XRL A，#data ；A←（A）⊕#data
- XRL direct，A ；direct←（direct）⊕（A）
- XRL direct，#data ；direct←（direct）⊕#data
功能是将目的操作数和源操作数按位进行逻辑异或操作，结果送目的操作数。逻辑异或指令可用于对目的操作数的某些位取反而其余位不变：将要取反的位和1异或，其余位则和0异或即可。
第35页：长转移指令
3.5 控制转移指令：程序需要循环、分支或调用子程序时，利用控制转移指令改变程序的执行顺序，分为无条件转移、条件转移及子程序调用与返回指令等。
3.5.1 无条件转移指令：MCS-51单片机有4条。1.长转移指令：LJMP addr16 ；addr16→PC。功能是将指令码中的16位地址送入程序计数器PC，使程序跳转到addr16目的地址处执行，addr16通常用标号代替。
第36页：绝对转移、相对转移与散转指令
- 2.绝对转移指令：AJMP addr11；（PC）+2→PC，addr11→PC10～PC0。addr11为11位绝对地址，范围0000H～07FFH，寻址范围2KB
- 3.相对转移指令：SJMP rel；（PC）+2+rel→PC。rel为8位目的地址，通常用标号代替；SJMP $ 表示跳转到当前行继续执行，形成死循环，主要用于等待内外中断
- 4.散转指令：JMP @A+DPTR；（A）+（DPTR）→PC。以DPTR内容为基地址、A内容为变址，根据A的不同值可使程序转移到不同地方，使用灵活
第37页：累加器判零转移指令
3.5.2 条件转移指令：当条件满足就转移，不满足则仍按顺序执行程序。
1.累加器判零转移：以判断A内容是否为0作为转移条件。
- JZ rel ；若（A）＝0，则PC←（PC）+2+rel
- JNZ rel ；若（A）≠0，则PC←（PC）+2+rel
如果(A)＝0则转移，否则顺序执行下一条指令；编程时可理解为 JZ 标号，即转移到标号处。
第38页：比较转移指令
2.比较转移指令：将两个操作数进行比较，以比较结果作为是否转移的条件。
- CJNE A,#data,rel ；若（A）≠data，则PC←（PC）+3+rel
- CJNE A,direct,rel ；若（A）≠direct，则PC←（PC）+3+rel
- CJNE Rn,#data,rel ；若（Rn）≠data，则PC←（PC）+3+rel
- CJNE @Ri,#data,rel ；若（（Ri））≠data，则PC←（PC）+3+rel
若两数相等就顺序执行，不相等就转移；编程时rel常以标号代替。该指令还能反映两个操作数的大小：若左边的操作数≥右边的操作数，则Cy＝0，否则Cy＝1。
第39页：循环转移指令
3.循环转移指令：又称减1条件转移指令，常用于控制程序的转移次数。
- DJNZ Rn,rel ；（Rn）-1→Rn，若（Rn）≠0则（PC）+2+rel→PC转移执行，若（Rn）＝0则（PC）+2→PC顺序执行
- DJNZ direct,rel ；（direct）-1→direct，若（direct）≠0则（PC）+2+rel→PC转移执行，若（direct）＝0则（PC）+2→PC顺序执行
功能是先将操作数（Rn或direct）的内容减1并保存结果，减1后结果不为0就转移，否则顺序执行。
第40页：子程序调用指令
3.5.3 子程序调用返回指令：能完成一定功能且能被调用执行并能返回调用程序的程序叫子程序，调用者为主程序。主程序调用子程序后必须再回到主程序继续执行，返回到调用子程序下面一条指令地址处（断点地址）；子程序本身也可以调用另外的子程序，称为子程序嵌套。
2.子程序调用指令：
- LCALL addr16 ；长调用指令，寻址范围64KB
- ACALL addr11 ；短调用指令，寻址范围2KB
- addr16和addr11都可以用标号代替
第41页：返回指令与空操作指令
3.返回指令：
- RET ；子程序返回指令，是子程序的最后一条指令，功能是恢复调用子程序时的断点地址
- RETI ；中断返回指令，用于中断服务程序的末尾，以便从中断程序返回主程序继续执行
3.5.4 空操作指令：NOP ；PC←PC+1。该指令不产生任何控制操作，只将程序计数器PC的内容加1，执行消耗1个机器周期、占用一个字节，常用来实现较短时间的延时。
第42页：位操作指令与位传送
3.6 位操作指令：位操作以位（bit）为单位进行运算和操作，操作数是1位数据，取值只能是0或1，故又称布尔变量操作指令。操作对象是片内RAM的位寻址区（20H～2FH）的128位和SFR中的11个可位寻址寄存器。
MCS-51的位操作指令可分为位传送、位置位与位清零、位逻辑运算和位的控制转移等。
3.6.1 位传送指令：
- MOV C, bit ；（bit）→Cy，将位地址bit中的内容送给PSW中的进位位Cy
- MOV bit, C ；（Cy）→bit，传送方向正好相反
指令中的C即Cy。
第43页：位状态设置与位运算指令
3.6.2 位状态设置指令：可实现清零、置一等操作，操作数可以是进位位Cy或是可位寻址的位。
- SETB C ；1→Cy SETB bit ；1→bit
- CLR C ；0→Cy CLR bit ；0→bit
3.6.3 位运算指令：位运算即进行逻辑运算，有与、或、非三种。
- ANL C, bit ；（Cy）∧（bit）→Cy ANL C, /bit ；（Cy）∧（/bit）→Cy
- ORL C, bit ；（Cy）∨（bit）→Cy ORL C, /bit ；（Cy）∨（/bit）→Cy
- CPL C ；（/Cy）→Cy CPL bit ；（/bit）→bit
第44页：位控制转移指令
3.6.4 位控制转移指令：
- JC rel ；若(Cy)＝1则（PC）+2+rel→PC转移执行，若(Cy)＝0则顺序执行
- JNC rel ；若(Cy)＝0则（PC）+2+rel→PC转移执行，若(Cy)＝1则顺序执行
以上两条都是两个字节的相对转移指令，且都以Cy为转移条件。
- JB bit,rel ；若(bit)＝1则（PC）+3+rel→PC转移执行，若(bit)＝0则顺序执行
- JNB bit,rel ；若(bit)＝0则（PC）+3+rel→PC转移执行，若(bit)＝1则顺序执行
- JBC bit,rel ；若(bit)＝1则转移执行且 0→bit
这三条都是三字节的相对转移指令；JB与JBC基本功能相同，但后者在执行转移后还将bit位清零。
