一文詳解80C51單片機的指令系統(tǒng)

指令是指示計算機執(zhí)行某種操作的命令，計算機能識別執(zhí)行的只能是二進制代碼，以二進制代碼來描述指令功能的語言，稱為機器語言。

由于機器語言不便于人們識別，記憶，理解和使用，因此便對每條機器語言指令用助記符號來形象表示，這就便形成了匯編語言。

一條指令是機器語言的一個語句，包括操作碼字段和操作數(shù)字段。一臺計算機所具有的全部指令的集合，稱為這臺計算機的指令系統(tǒng)。

不同的微處理器，其指令系統(tǒng)一般是不同的。

80C51單片機指令系統(tǒng)共有111條指令，具體特點如下：

1)執(zhí)行時間短，單機器周期指令(64條)，雙機器周期指令(45條)，而四機器周期指令只有2條;

2)指令編碼字節(jié)少，單字節(jié)指令(49條)，雙字節(jié)指令(45條)和最長的三字節(jié)指令(17條);

3)位操作指令豐富(17條)。

為便于閱讀指令，對MCS-51指令助記符的一些符號約定意義做以說明：

指令的基本格式及常用符號

指令的匯編語言形式是用助記符來表示一條指令，其基本形式為操作碼+操作數(shù)。

操作碼表示該指令將要做什么樣的操作，操作數(shù)是該指令操作的對象，一般是操作所需要的數(shù)或所需要的數(shù)的存放地址。

指令的字節(jié)數(shù)

80C51單片機指令有單字節(jié)指令，雙字節(jié)指令和三字節(jié)3種。

1)單字節(jié)指令單字節(jié)指令有49條，8位二進制代碼中既包含操作碼的信息，也包含操作數(shù)的信息;或8位二進制代碼中只包含操作碼的信息，而操作數(shù)的信息被隱含了。

例如:

機器碼為1110 1xxx，其中1110 1為操作碼，xxx為操作數(shù)n，若Rn為R3，那么xxx=011，則該機器碼為EBH。

例如:

機器碼為04H，被隱含的操作數(shù)為累加器A。

2)雙字節(jié)指令有45條，機器碼的第一個字節(jié)表示操作碼，第二個字節(jié)表示操作數(shù)。

例如：

3)三字節(jié)指令有17條，第一字節(jié)表示操作碼，另兩個字節(jié)是操作數(shù)。

例如：

指令的執(zhí)行時間

MCS-51系列單片機指令執(zhí)行時間有單周期指令，雙周期指令和四周期指令。

匯編語言的語句結(jié)構(gòu)

一般來講，匯編語言的語句結(jié)構(gòu)由5部分組成，即標號，操作助記符，目的操作數(shù)，源操作數(shù)和注釋.

如下：

[]表示可選項;標號是用戶設(shè)定的地址符號，它代表該指令機器碼存放在存儲器中第一個字節(jié)的地址。

標號必須以字母開頭，氣候跟1-8個字母或數(shù)字，并以“:”結(jié)尾。

80C51的尋址方式

尋址方式就是尋找操作數(shù)的方式，由于80C51有片內(nèi)RAM，片內(nèi)ROM，片外RAM，片外ROM 4個不同的存儲區(qū)域，數(shù)據(jù)存儲的方式十分靈活。

在用匯編語言編程時，數(shù)據(jù)的存放傳送，運算都要通過指令來完成。

所以編程者必須自始至終都要十分清楚操作數(shù)的位置，以及如何將它們傳送到適當?shù)?a href="http://wenjunhu.com/tags/寄存器/" target="_blank">寄存器去參與運算，才能有效地完成匯編程序的編寫。

80C51單片機有7種尋址方式，即寄存器尋址，直接尋址，寄存器間接尋址，立即尋址，變址尋址，相對尋址，位尋址。

源操作數(shù)和目的操作數(shù)都有各自的尋址方式，下面以源操作數(shù)為例來講述尋址方式。

1.立即尋址

操作數(shù)就在指令代碼中，在操作碼之后，是一個8位的二進制數(shù)或者16位的二進制數(shù)，稱為立即數(shù)，這種尋址方式稱為立即尋址。

例如：

在80C51系統(tǒng)中，采用#作為立即數(shù)的前綴。

例如：

2.直接尋址

直接尋址是指令中直接給出操作數(shù)所在單元的地址。

采用直接尋址的存儲空間有：1)內(nèi)部RAM的低128字節(jié)(00H~7FH)2)位地址空間3)特殊功能寄存器，特殊功能寄存器只能用直接尋址方式操作

例如剛才說的例子就是直接尋址的方式。

在程序的轉(zhuǎn)移，調(diào)用指令中，由于指令直接給出了目的地址，執(zhí)行這些指令后，程序指針PC的內(nèi)容將直接由指令給出的地址來更新，所以這些指令的尋址方式也可以歸屬為直接尋址。

3.寄存器尋址

由指令指出某一寄存器的內(nèi)容為操作數(shù)，這種尋址方式稱為寄存器尋址。

可以采用的寄存器有R0~R7，累加器A，寄存器B，數(shù)據(jù)指針DPTR和布爾處理器的位累加器C。

例如:

指令中源操作數(shù)R0是寄存器尋址。該指令的功能是將工作寄存器R0中的內(nèi)容傳送到A中，如R0中的內(nèi)容為44H，則執(zhí)行該指令后，A的內(nèi)容也為44H。

在MCS-51中寄存器尋址Rn按所選定的工作寄存器R0~R7進行操作，指令機器碼的低3位的8種組合000，001，....，110,111分別對應(yīng)R0~R7。

例如:

這8條指令對應(yīng)的機器碼分別為E8H~EFH。

4.寄存器間接尋址

指令中給出寄存器的名稱，以寄存器的內(nèi)容為地址再取一次數(shù)，該數(shù)才是真正的操作數(shù)，這種尋址方式稱為寄存器間接尋址。

在80C51系統(tǒng)中，可以用作間接尋址的寄存器有R0，R1，以及數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR。

寄存器間接尋址對應(yīng)的空間為：片內(nèi)RAM：采用@R0，@R1，或SP片外RAM：采用@R0，@R1，或DPTR

5.變址尋址

以DPTR或PC為基址寄存器，累加器A為變址寄存器。把二者內(nèi)容相加，結(jié)果作為操作數(shù)的地址，這種尋址方式稱為變址尋址。

這類指令只限于訪問ROM，常用語查表操作和指令跳轉(zhuǎn)。

例如：

6.相對尋址

相對尋址方式是以PC的內(nèi)容為基地址，加上指令中給定的偏移量，所得結(jié)果作為轉(zhuǎn)移地址送PC寄存器。

偏移量是8位帶符號數(shù)的補碼，真值在-128~+127之間。以下一條指令的PC值為起點，轉(zhuǎn)移訪問范圍在-128~+127。

它用于訪問程序存儲器，常出現(xiàn)在相對轉(zhuǎn)移指令中。

例如：

是一條累加器A為0就轉(zhuǎn)移的雙字節(jié)指令，則執(zhí)行該指令時的當前PC為2052H，即當前PC值是相對轉(zhuǎn)移指令取指結(jié)束時的值。

偏移量rel是有符號的單字節(jié)數(shù)。以補碼表示，其值范圍在-128~+127。

負數(shù)表示從當前地址向前轉(zhuǎn)移，正數(shù)表示從當前地址向后轉(zhuǎn)移。所以，相對轉(zhuǎn)移指令滿足條件后，轉(zhuǎn)移的地址為：

7.位尋址

從本質(zhì)上來說，位尋址也是直接尋址的一種形式。它的尋址對象是可尋址位空間中的一個位，而不是一個字節(jié)。

由于在使用上存在一些特殊性，故單獨列出。位尋址方式的尋址范圍是可尋址位，包含內(nèi)部RAM20H~2FH單元中的位和部分SFR位。

位操作指令中的位地址有4種表示方法：

1)直接地址，如00H

2)點操作符，如20H.0，PSW.5

3)位名稱，如F0

4)經(jīng)偽指令定義過的字符名稱，如USER BIT PSW.5