單片機指令系統原理

51單片機的尋址方式

學習匯編程序設計，要先了解CPU的各種尋址法，才能有效的掌握各個命令的用途，尋址法是命令運算碼找操作數的方法。在我們學習的8051單片機中，有6種尋址方法，下面我們將逐一進行分析。

立即尋址

在這種尋址方式中，指令多是雙字節的，一般第一個字節是操作碼，第二個字節是操作數。該操作數直接參與操作，所以又稱立即數，有“#”號表示。立即數就是存放在程序存儲器中的常數，換句話說就是操作數（立即數）是包含在指令字節中的。

例如：
MOV? A，#3AH
這條指令的指令代碼為74H、3AH，是雙字節指令，這條指令的功能是把立即數3AH送入累加器A中。
MOV? DPTR，#8200H
在前面學單片機的專用寄存器時，我們已學過，DPTR是一個16位的寄存器，它由DPH及DPL兩個8位的寄存器組成。這條指令的意思就是把立即數的高8位（即82H）送入DPH寄存器，把立即數的低8位（即00H）送入DPL寄存器。
這里也特別說明一下：在80C51單片機的指令系統中，僅有一條指令的操作數是16位的立即數，其功能是向地址指針DPTR傳送16位的地址，即把立即數的高8位送入DPH，低8位送入DPL。

直接尋址

直接尋址方式是指在指令中操作數直接以單元地址的形式給出，也就是在這種尋址方式中，操作數項給出的是參加運算的操作數的地址，而不是操作數。
例如：MOV? A，30H?
這條指令中操作數就在30H單元中，也就是30H是操作數的地址，并非操作數。

在80C51單片機中，直接地址只能用來表示特殊功能寄存器、內部數據存儲器以及位地址空間，具體的說就是：
1、內部數據存儲器RAM低128單元。在指令中是以直接單元地址形式給出。
我們知道低128單元的地址是00H-7FH。在指令中直接以單元地址形式給出這句話的意思就是這0-127共128位的任何一位，例如0位是以00H這個單元地址形式給出、1位就是以01H單元地址給出、127位就是以7FH形式給出。
2、位尋址區。20H-2FH地址單元。
3、特殊功能寄存器。專用寄存器除以單元地址形式給出外，還可以以寄存器符號形式給出。例如下面我們分析的一條指令 MOV? IE，#85H 前面的學習我們已知道，中斷允許寄存器IE的地址是80H，那么也就是這條指令可以以MOV? IE，#85H 的形式表述，也可以MOV? 80H，#85H的形式表述。

關于數據存儲器RAM的內部情況，請查看我們課程的第十二課。

直接尋址是唯一能訪問特殊功能寄存器的尋址方式！

大家來分析下面幾條指令：
MOV? 65H，A?????? ；將A的內容送入內部RAM的65H單元地址中
MOV? A，direct??? ；將直接地址單元的內容送入A中
MOV? direct,direct；將直接地址單元的內容送直接地址單元
MOV? IE,#85H????? ；將立即數85H送入中斷允許寄存器IE

前面我們已學過，數據前面加了“#”的，表示后面的數是立即數（如#85H，就表示85H就是一個立即數），數據前面沒有加“#”號的，就表示后面的是一個地址地址（如，MOV 65H，A這條指令的65H就是一個單元地址）。

寄存器尋址

寄存器尋址的尋址范圍是：
1、4個工作寄存器組共有32個通用寄存器，但在指令中只能使用當前寄存器組（工作寄存器組的選擇在前面專用寄存器的學習中，我們已知道，是由程序狀態字PSW中的RS1和RS0來確定的），因此在使用前常需要通過對PSW中的RS1、RS0位的狀態設置，來進行對當前工作寄存器組的選擇。
2、部份專用寄存器。例如，累加器A、通用寄存器B、地址寄存器DPTR和進位位CY。

寄存器尋址方式是指操作數在寄存器中，因此指定了寄存器名稱就能得到操作數。
例如：MOV A，R0
這條指令的意思是把寄存器R0的內容傳送到累加器A中，操作數就在R0中。
INC R3
這條指令的意思是把寄存器R3中的內容加1

從前面的學習中我產應可以理解到，其實寄存器尋址方式就是對由PSW程序狀態字確定的工作寄存器組的R0-R7進行讀/寫操作。

寄存器間接尋址

寄存間接尋址方式是指寄存器中存放的是操作數的地址，即操作數是通過寄存器間接得到的，因此稱為寄存器間接尋址。

MCS-51單片機規定工作寄存器的R0、R1做為間接尋址寄存器。用于尋址內部或外部數據存儲器的256個單元。為什么會是256個單元呢？我們知道，R0或者R1都是一個8位的寄存器，所以它的尋址空間就是2的八次方=256。
例：MOV? R0，#30H? ；將值30H加載到R0中
??? MOV? A，@R0??? ；把內部RAM地址30H內的值放到累加器A中
??? MOVX A，@R0??? ；把外部RAM地址30H內的值放到累加器A中

大家想想，如果用DPTR做為間址寄存器，那么它的尋址范圍是多少呢？DPTR是一個16位的寄存器，所以它的尋址范圍就是2的十六次方=65536=64K。因用DPTR做為間址寄存器的尋址空間是64K，所以訪問片外數據存儲器時，我們通常就用DPTR做為間址寄存器。
例：MOV?? DPTR，#1234H? ；將DPTR值設為1234H（16位）
??? MOVX? A，@DPTR????? ；將外部RAM或I/O地址1234H內的值放到累加器A中

在執行PUSH（壓棧）和POP（出棧）指令時，采用堆棧指針SP作寄存器間接尋址。
例：PUSH? 30H??? ；把內部RAM地址30H內的值放到堆棧區中
堆棧區是由SP寄存器指定的，如果執行上面這條命令前，SP為60H，命令執行后會把內部RAM地址30H內的值放到RAM的61H內。

那么做為寄存器間接尋址用的寄存器主要有哪些呢？我們前面提到的有四個，R0、R1、DPTR、SP

寄存器間接尋址范圍總結：
1、內部RAM低128單元。對內部RAM低128單元的間接尋址，應使用R0或R1作間址寄存器，其通用形式為@Ri（i=0或1）。

2、外部RAM 64KB。對外部RAM64KB的間接尋址，應使用@DPTR作間址尋址寄存器，其形式為：@DPTR。
例如MOVX A，@DPTR；其功能是把DPTR指定的外部RAM的單元的內容送入累加器A中。
外部RAM的低256單元是一個特殊的尋址區，除可以用DPTR作間址寄存器尋址外，還可以用R0或R1作間址寄存器尋址。
例如MOVX? A，@R0；這條指令的意思是，把R0指定的外部RAM單元的內容送入累加器A。

堆棧操作指令（PUSH和POP）也應算作是寄存器間接尋址，即以堆棧指針SP作間址寄存器的間接尋址方式。

寄存器間接尋址方式不可以訪問特殊功能寄存器??！

寄存器間接尋址也須以寄存器符號的形式表示，為了區別寄存器尋址我寄存器間接尋址的區別，在寄存器間接尋址方式式中，寄存器的名稱前面加前綴標志“@”。

基址寄存器加變址寄存器的變址尋址

這種尋址方式以程序計數器PC或DPTR為基址寄存器，累加器A為變址寄存器，變址尋址時，把兩者的內容相加，所得到的結果作為操作數的地址。這種方式常用于訪問程序存儲器ROM中的數據表格，即查表操作。
變址尋址只能讀出程序內存入的值，而不能寫入，也就是說變址尋址這種方式只能對程序存儲器進行尋址，或者說它是專門針對程序存儲器的尋址方式。
例：MOVC? A，@A+DPTR
這條指令的功能是把DPTR和A的內容相加，再把所得到的程序存儲器地址單元的內容送A
假若指令執行前A=54H，DPTR=3F21H，則這條指令變址尋址形成的操作數地址就是54H+3F21H=3F75H。如果3F75H單元中的內容是7FH，則執行這條指令后，累加器A中的內容就是7FH。

變址尋址的指令只有三條，分別如下：
JMP??? @A+DPTR
MOVC?? A，@A+DPTR
MOVC?? A，@A+PC

第一條指令JMP @A+DPTR
這是一條無條件轉移指令，這條指令的意思就是DPTR加上累加器A的內容做為一個16位的地址，執行JMP這條指令是，程序就轉移到A+DPTR指定的地址去執行。

第二、三條指令MOVC?? A，@A+DPTR和MOVC?? A，@A+PC指令
這兩條指令的通常用于查表操作，功能完全一樣，但使用起來卻有一定的差別，現詳細說明如下。
我們知道，PC是程序指針，是十六位的。DPTR是一個16位的數據指針寄存器，按理，它們的尋址范圍都應是64K。我們在學習特殊功能寄存器時已知道，程序計數器PC是始終跟蹤著程序的執行的。也就是說，PC的值是隨程序的執行情況自動改變的，我們不可以隨便的給PC賦值。而DPTR是一個數據指針，我們就可以給空上數據指針DPTR進行賦值。我們再看指令MOVC?? A，@A+PC這條指令的意思是將PC的值與累加器A的值相加作為一個地址，而PC是固定的，累加器A是一個8位的寄存器，它的尋址范圍是256個地址單元。講到這里，大家應可明白，MOVC?? A，@A+PC這條指令的尋址范圍其實就是只能在當前指令下256個地址單元。所在，這在我們實際應用中，可能就會有一個問題，如果我們需要查詢的數據表在256個地址單元之內，則可以用MOVC?? A，@A+PC這條指令進行查表操作，如果超過了256個單元，則不能用這條指令進行查表操作。剛才我們已說到，DPTR是一個數據指針，這個數據指針我們可以給它賦值操作的。通過賦值操作。我們可以使MOVC?? A，@A+DPTR這條指令的尋址范圍達到64K。這就是這兩條指令在實際應用當中要注意的問題。

變址尋址方式是MCS-51單片機所獨有的一種尋址方式。

位尋址

80C51單片機有位處理功能，可以對數據位進行操作，因此就有相應的位尋址方式。所謂位尋址，就是對內部RAM或可位尋址的特殊功能寄存器SFR內的某個位，直接加以置位為1或復位為0。

位尋址的范圍，也就是哪些部份可以進行位尋址：

1、我們在第十二課學習51單片機的存儲器結構時，我們已知道在單片機的內部數據存儲器RAM的低128單元中有一個區域叫位尋址區。它的單元地址是20H-2FH。共有16個單元，一個單元是8位，所以位尋址區共有128位。這128位都單獨有一個位地址，其位地址的名字就是00H-7FH。
這里就有一個比較麻煩的問題需要大家理解清楚了。我們在前面的學習中00H、01H。。。。7FH等等，所表示的都是一個字節（或者叫單元地址），而在這里，這些數據都變成了位地址。我們在指令中，或者在程序中如何來區分它是一個單元地址還是一個位地址呢？這個問題，也就是我們現在正在研究的位尋址的一個重要問題。其實，區分這些數據是位地址還是單元地址，我們都有相應的指令形式的。這個問題我們在后面的指令系統學習中再加以論述。

2、對專用寄存器位尋址。這里要說明一下，不是所有的專用寄存器都可以位尋址的。具體哪些專用寄存器可以哪些專用寄存器不可以，請大家回頭去看看我們前面關于專用寄存器的相關文章。一般來說，地址單元可以被8整除的專用寄存器，通常都可以進行位尋址，當然并不是全部，大家在應用當中應引起注意。

專用寄存器的位尋址表示方法：

下面我們以程序狀態字PSW來進行說明

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，所以可以表示為D5H
?? MOV? C，D5H

2、位名稱表示：表示該位的名稱，例如PSW的位5是F0，所以可以用F0表示
?? MOV? C，F0

3、單元（字節）地址加位表示：D0H單元位5，表示為DOH.5

?? MOV? C,D0H.5

4、專用寄存器符號加位表示：例如PSW.5

?? MOV C,PSW.5

這四種方法實現的功能都是相同的，只是表述的方式不同而已。

例題：

　　1. 說明下列指令中源操作數采用的尋址方式。

　　MOV R5，R7 答案：寄存器尋址方式

　　MOV A，55H 直接尋址方式

　　MOV A，＃55H 立即尋址方式

　　JMP @A+DPTR 變址尋址方式

　　MOV 30H，C 位尋址方式

　　MOV A，@R0 間接尋址方式

　　MOVX A,@R0 間接尋址方式

改錯題

　　請判斷下列的MCS-51單片機指令的書寫格式是否有錯，若有，請說明錯誤原因。

　　MOV R0，@R3 答案：間址寄存器不能使用R2～R7。

　　MOVC A，@R0+DPTR 變址尋址方式中的間址寄存器不可使用R0，只可使用A。

　　ADD R0，R1 運算指令中目的操作數必須為累加器A，不可為R0。

　　MUL AR0 乘法指令中的乘數應在B寄存器中，即乘法指令只可使用AB寄存器組合。