单片机指令系统原理

单片机指令系统原理

51单片机的寻址方式

学习汇编程序设计，要先了解CPU的各种寻址法，才能有效的掌握各个命令的用途，寻址法是命令运算码找操作数的方法。在我们学习的8051单片机中，有6种寻址方法，下面我们将逐一进行分析。

立即寻址

在这种寻址方式中，指令多是双字节的，一般第一个字节是操作码，第二个字节是操作数。该操作数直接参与操作，所以又称立即数，有“#”号表示。立即数就是存放在程序存储器中的常数，换句话说就是操作数（立即数）是包含在指令字节中的。

例如：
MOV  A，#3AH
这条指令的指令代码为74H、3AH，是双字节指令，这条指令的功能是把立即数3AH送入累加器A中。
MOV  DPTR，#8200H
在前面学单片机的专用寄存器时，我们已学过，DPTR是一个16位的寄存器，它由DPH及DPL两个8位的寄存器组成。这条指令的意思就是把立即数的高8位（即82H）送入DPH寄存器，把立即数的低8位（即00H）送入DPL寄存器。
这里也特别说明一下：在80C51单片机的指令系统中，仅有一条指令的操作数是16位的立即数，其功能是向地址指针DPTR传送16位的地址，即把立即数的高8位送入DPH，低8位送入DPL。

直接寻址

直接寻址方式是指在指令中操作数直接以单元地址的形式给出，也就是在这种寻址方式中，操作数项给出的是参加运算的操作数的地址，而不是操作数。
例如：MOV  A，30H 
这条指令中操作数就在30H单元中，也就是30H是操作数的地址，并非操作数。

在80C51单片机中，直接地址只能用来表示特殊功能寄存器、内部数据存储器以及位地址空间，具体的说就是：
1、内部数据存储器RAM低128单元。在指令中是以直接单元地址形式给出。
我们知道低128单元的地址是00H-7FH。在指令中直接以单元地址形式给出这句话的意思就是这0-127共128位的任何一位，例如0位是以00H这个单元地址形式给出、1位就是以01H单元地址给出、127位就是以7FH形式给出。
2、位寻址区。20H-2FH地址单元。
3、特殊功能寄存器。专用寄存器除以单元地址形式给出外，还可以以寄存器符号形式给出。例如下面我们分析的一条指令 MOV  IE，#85H 前面的学习我们已知道，中断允许寄存器IE的地址是80H，那么也就是这条指令可以以MOV  IE，#85H 的形式表述，也可以MOV  80H，#85H的形式表述。

关于数据存储器RAM的内部情况，请查看我们课程的第十二课。

直接寻址是唯一能访问特殊功能寄存器的寻址方式！

大家来分析下面几条指令：
MOV  65H，A       ；将A的内容送入内部RAM的65H单元地址中
MOV  A，direct    ；将直接地址单元的内容送入A中
MOV  direct,direct；将直接地址单元的内容送直接地址单元
MOV  IE,#85H      ；将立即数85H送入中断允许寄存器IE

前面我们已学过，数据前面加了“#”的，表示后面的数是立即数（如#85H，就表示85H就是一个立即数），数据前面没有加“#”号的，就表示后面的是一个地址地址（如，MOV 65H，A这条指令的65H就是一个单元地址）。

寄存器寻址

寄存器寻址的寻址范围是：
1、4个工作寄存器组共有32个通用寄存器，但在指令中只能使用当前寄存器组（工作寄存器组的选择在前面专用寄存器的学习中，我们已知道，是由程序状态字PSW中的RS1和RS0来确定的），因此在使用前常需要通过对PSW中的RS1、RS0位的状态设置，来进行对当前工作寄存器组的选择。
2、部份专用寄存器。例如，累加器A、通用寄存器B、地址寄存器DPTR和进位位CY。

寄存器寻址方式是指操作数在寄存器中，因此指定了寄存器名称就能得到操作数。
例如：MOV A，R0
这条指令的意思是把寄存器R0的内容传送到累加器A中，操作数就在R0中。
INC R3
这条指令的意思是把寄存器R3中的内容加1

从前面的学习中我产应可以理解到，其实寄存器寻址方式就是对由PSW程序状态字确定的工作寄存器组的R0-R7进行读/写操作。

寄存器间接寻址

寄存间接寻址方式是指寄存器中存放的是操作数的地址，即操作数是通过寄存器间接得到的，因此称为寄存器间接寻址。

MCS-51单片机规定工作寄存器的R0、R1做为间接寻址寄存器。用于寻址内部或外部数据存储器的256个单元。为什么会是256个单元呢？我们知道，R0或者R1都是一个8位的寄存器，所以它的寻址空间就是2的八次方=256。
例：MOV  R0，#30H  ；将值30H加载到R0中
    MOV  A，@R0    ；把内部RAM地址30H内的值放到累加器A中
    MOVX A，@R0    ；把外部RAM地址30H内的值放到累加器A中

大家想想，如果用DPTR做为间址寄存器，那么它的寻址范围是多少呢？DPTR是一个16位的寄存器，所以它的寻址范围就是2的十六次方=65536=64K。因用DPTR做为间址寄存器的寻址空间是64K，所以访问片外数据存储器时，我们通常就用DPTR做为间址寄存器。
例：MOV   DPTR，#1234H  ；将DPTR值设为1234H（16位）
    MOVX  A，@DPTR      ；将外部RAM或I/O地址1234H内的值放到累加器A中

在执行PUSH（压栈）和POP（出栈）指令时，采用堆栈指针SP作寄存器间接寻址。
例：PUSH  30H    ；把内部RAM地址30H内的值放到堆栈区中
堆栈区是由SP寄存器指定的，如果执行上面这条命令前，SP为60H，命令执行后会把内部RAM地址30H内的值放到RAM的61H内。

那么做为寄存器间接寻址用的寄存器主要有哪些呢？我们前面提到的有四个，R0、R1、DPTR、SP

寄存器间接寻址范围总结：
1、内部RAM低128单元。对内部RAM低128单元的间接寻址，应使用R0或R1作间址寄存器，其通用形式为@Ri（i=0或1）。

2、外部RAM 64KB。对外部RAM64KB的间接寻址，应使用@DPTR作间址寻址寄存器，其形式为：@DPTR。
例如MOVX A，@DPTR；其功能是把DPTR指定的外部RAM的单元的内容送入累加器A中。
外部RAM的低256单元是一个特殊的寻址区，除可以用DPTR作间址寄存器寻址外，还可以用R0或R1作间址寄存器寻址。
例如MOVX  A，@R0；这条指令的意思是，把R0指定的外部RAM单元的内容送入累加器A。

堆栈操作指令（PUSH和POP）也应算作是寄存器间接寻址，即以堆栈指针SP作间址寄存器的间接寻址方式。

寄存器间接寻址方式不可以访问特殊功能寄存器！！

寄存器间接寻址也须以寄存器符号的形式表示，为了区别寄存器寻址我寄存器间接寻址的区别，在寄存器间接寻址方式式中，寄存器的名称前面加前缀标志“@”。

基址寄存器加变址寄存器的变址寻址

这种寻址方式以程序计数器PC或DPTR为基址寄存器，累加器A为变址寄存器，变址寻址时，把两者的内容相加，所得到的结果作为操作数的地址。这种方式常用于访问程序存储器ROM中的数据表格，即查表操作。
变址寻址只能读出程序内存入的值，而不能写入，也就是说变址寻址这种方式只能对程序存储器进行寻址，或者说它是专门针对程序存储器的寻址方式。
例：MOVC  A，@A+DPTR
这条指令的功能是把DPTR和A的内容相加，再把所得到的程序存储器地址单元的内容送A
假若指令执行前A=54H，DPTR=3F21H，则这条指令变址寻址形成的操作数地址就是54H+3F21H=3F75H。如果3F75H单元中的内容是7FH，则执行这条指令后，累加器A中的内容就是7FH。

变址寻址的指令只有三条，分别如下：
JMP    @A+DPTR
MOVC   A，@A+DPTR
MOVC   A，@A+PC

第一条指令JMP @A+DPTR
这是一条无条件转移指令，这条指令的意思就是DPTR加上累加器A的内容做为一个16位的地址，执行JMP这条指令是，程序就转移到A+DPTR指定的地址去执行。

第二、三条指令MOVC   A，@A+DPTR和MOVC   A，@A+PC指令
这两条指令的通常用于查表操作，功能完全一样，但使用起来却有一定的差别，现详细说明如下。
我们知道，PC是程序指针，是十六位的。DPTR是一个16位的数据指针寄存器，按理，它们的寻址范围都应是64K。我们在学习特殊功能寄存器时已知道，程序计数器PC是始终跟踪着程序的执行的。也就是说，PC的值是随程序的执行情况自动改变的，我们不可以随便的给PC赋值。而DPTR是一个数据指针，我们就可以给空上数据指针DPTR进行赋值。我们再看指令MOVC   A，@A+PC这条指令的意思是将PC的值与累加器A的值相加作为一个地址，而PC是固定的，累加器A是一个8位的寄存器，它的寻址范围是256个地址单元。讲到这里，大家应可明白，MOVC   A，@A+PC这条指令的寻址范围其实就是只能在当前指令下256个地址单元。所在，这在我们实际应用中，可能就会有一个问题，如果我们需要查询的数据表在256个地址单元之内，则可以用MOVC   A，@A+PC这条指令进行查表操作，如果超过了256个单元，则不能用这条指令进行查表操作。刚才我们已说到，DPTR是一个数据指针，这个数据指针我们可以给它赋值操作的。通过赋值操作。我们可以使MOVC   A，@A+DPTR这条指令的寻址范围达到64K。这就是这两条指令在实际应用当中要注意的问题。

变址寻址方式是MCS-51单片机所独有的一种寻址方式。

位寻址

80C51单片机有位处理功能，可以对数据位进行操作，因此就有相应的位寻址方式。所谓位寻址，就是对内部RAM或可位寻址的特殊功能寄存器SFR内的某个位，直接加以置位为1或复位为0。

位寻址的范围，也就是哪些部份可以进行位寻址：

1、我们在第十二课学习51单片机的存储器结构时，我们已知道在单片机的内部数据存储器RAM的低128单元中有一个区域叫位寻址区。它的单元地址是20H-2FH。共有16个单元，一个单元是8位，所以位寻址区共有128位。这128位都单独有一个位地址，其位地址的名字就是00H-7FH。
这里就有一个比较麻烦的问题需要大家理解清楚了。我们在前面的学习中00H、01H。。。。7FH等等，所表示的都是一个字节（或者叫单元地址），而在这里，这些数据都变成了位地址。我们在指令中，或者在程序中如何来区分它是一个单元地址还是一个位地址呢？这个问题，也就是我们现在正在研究的位寻址的一个重要问题。其实，区分这些数据是位地址还是单元地址，我们都有相应的指令形式的。这个问题我们在后面的指令系统学习中再加以论述。

2、对专用寄存器位寻址。这里要说明一下，不是所有的专用寄存器都可以位寻址的。具体哪些专用寄存器可以哪些专用寄存器不可以，请大家回头去看看我们前面关于专用寄存器的相关文章。一般来说，地址单元可以被8整除的专用寄存器，通常都可以进行位寻址，当然并不是全部，大家在应用当中应引起注意。

专用寄存器的位寻址表示方法：

下面我们以程序状态字PSW来进行说明

D7
 D6
 D5
 D4
 D3
 D2
 D1
 D0
 
CY 　
 AC
 F0
 RS1
 RS0
 OV
 　
 P
 

1、直接使用位地址表示：看上表，PSW的第五位地址是D5，所以可以表示为D5H
   MOV  C，D5H

2、位名称表示：表示该位的名称，例如PSW的位5是F0，所以可以用F0表示
   MOV  C，F0

3、单元（字节）地址加位表示：D0H单元位5，表示为DOH.5

   MOV  C,D0H.5

4、专用寄存器符号加位表示：例如PSW.5

   MOV C,PSW.5

这四种方法实现的功能都是相同的，只是表述的方式不同而已。

例题：

　　1. 说明下列指令中源操作数采用的寻址方式。

　　MOV R5，R7 答案：寄存器寻址方式

　　MOV A，55H 直接寻址方式

　　MOV A，＃55H 立即寻址方式

　　JMP @A+DPTR 变址寻址方式

　　MOV 30H，C 位寻址方式

　　MOV A，@R0 间接寻址方式

　　MOVX A,@R0 间接寻址方式

改错题

　　请判断下列的MCS-51单片机指令的书写格式是否有错，若有，请说明错误原因。

　　MOV R0，@R3 答案：间址寄存器不能使用R2～R7。

　　MOVC A，@R0+DPTR 变址寻址方式中的间址寄存器不可使用R0，只可使用A。

　　ADD R0，R1 运算指令中目的操作数必须为累加器A，不可为R0。

　　MUL AR0 乘法指令中的乘数应在B寄存器中，即乘法指令只可使用AB寄存器组合。