湯定德

(江西科技學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江西 南昌 330098）

51單片機(jī)指令系統(tǒng)簡(jiǎn)析

湯定德

(江西科技學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，江西 南昌 330098）

鑒于單片機(jī)指令系統(tǒng)的相對(duì)復(fù)雜及初學(xué)者苦于難以記憶，本文特分類(lèi)介紹識(shí)記51單片機(jī)指令的一些基本原則，以便激起初學(xué)者對(duì)單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)興趣，從而進(jìn)行更深入的研究。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐證明，這些識(shí)記原則在學(xué)生學(xué)習(xí)中起到了很好的效果。

單片機(jī)；指令系統(tǒng)；初學(xué)者；原則

1 引言

在科技快速發(fā)展的今天，任何設(shè)備和產(chǎn)品的自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化都離不開(kāi)單片機(jī)[1]。因此，各大高校與電有關(guān)的專(zhuān)業(yè)都開(kāi)設(shè)了單片機(jī)課程，且目前使用最多的是8位51系列單片機(jī)[1]，其內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜（如圖1所示），但指令系統(tǒng)中的111條指令可按功能大致分為5類(lèi)：數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令（29條）、算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令（24條）、邏輯運(yùn)算及移位類(lèi)指令（24條）、控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令（17條）和位操作類(lèi)指令（17條）[2]。

在單片機(jī)指令系統(tǒng)中，除存儲(chǔ)器讀/寫(xiě)指令（MOVX、MOVC）涉及單片機(jī)外部存儲(chǔ)單元外，其余指令所涉及的存儲(chǔ)單元均在單片機(jī)內(nèi)部?？紤]到單片機(jī)指令系統(tǒng)的相對(duì)復(fù)雜及初學(xué)者苦于難以記憶，以致于因此失去對(duì)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣（興趣是最好的老師）而被動(dòng)學(xué)習(xí)，本文特分類(lèi)介紹識(shí)記51單片機(jī)指令的一些基本原則。

2 數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令的特點(diǎn)

2.1 基本傳送類(lèi)指令

該指令的助記符為MOV，其基本格式為MOV〈目的操作數(shù)〉,〈源操作數(shù)〉，對(duì)這一格式的傳送指令需掌握如下3個(gè)原則：

1、只能在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中傳送；

2、目的操作數(shù)一定是非立即數(shù)；

3、兩操作數(shù)的位數(shù)必須相同即對(duì)等原則。

2.2 較特殊的傳送指令

1、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)指令

該指令必須包含3個(gè)元素，即MOVX、A以及@Ri或@DPTR，且A在前為“讀數(shù)據(jù)”進(jìn)來(lái)，A在后為“寫(xiě)數(shù)據(jù)”出去。

2、程序存儲(chǔ)器讀指令

該指令只有兩條，即MOVC A,@A+DPTR和MOVC A,@A+PC（必須是將數(shù)據(jù)讀到A中）,且對(duì)內(nèi)外程序存儲(chǔ)器均一樣。

圖1 51單片機(jī)內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖

3、數(shù)據(jù)交換指令（XCH、XCHD、SWAP）

該指令中必定是A處于目的操作數(shù)位置，且必須是A同內(nèi)部RAM單元（絕不能是立即數(shù)）之間（或A的高、低4位之間）進(jìn)行內(nèi)容交換，這與C語(yǔ)言中進(jìn)行交換必須借助中間變量略有不同，主要是因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)部的“暫存器2”相當(dāng)于隱形的中間變量，這一點(diǎn)可從圖1中看出。

4、堆棧操作指令

該指令只有兩個(gè)，即“PUSH direct”（進(jìn)棧）和“POP direct”（出棧）,其中的8位直接地址direct（因?qū)Ｓ眉拇嫫髦荒苁褂弥苯訉ぶ贩绞?，故在用到時(shí)也可以是ACC或其它專(zhuān)用寄存器符號(hào)，下同）對(duì)應(yīng)著內(nèi)RAM單元（如80C51的內(nèi)部RAM 00H-FFH單元）。

3 運(yùn)算類(lèi)指令的特點(diǎn)

圖1中算術(shù)運(yùn)算邏輯單元ALU和可位尋址的專(zhuān)用寄存器（累加器ACC、B寄存器、程序狀態(tài)字PSW），以及兩個(gè)暫存器（TMP1、TMP2）組成了“運(yùn)算中心”，而其它寄存器不能直接參與（但可通過(guò)暫存器）算術(shù)邏輯運(yùn)算。另外，從圖1中各寄存器的相對(duì)位置可知，單字節(jié)“位運(yùn)算（移位和邏輯運(yùn)算）”只會(huì)涉及ACC和PSW而B(niǎo)不會(huì)參加。

3.1 算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令的識(shí)記

算術(shù)運(yùn)算指令主要指加（ADD、ADDC、INC）減（SUBB、DEC）乘（MUL AB）除（DIV AB）及十進(jìn)制調(diào)整（DA A）指令，其操作數(shù)為內(nèi)RAM單元或立即數(shù)，且可分為單操作數(shù)類(lèi)算術(shù)運(yùn)算指令（INC、DEC、“DA A”）和二操作數(shù)類(lèi)算術(shù)運(yùn)算指令（ADD、ADDC、“MUL AB”、“DIV AB”）兩種。

1、單操作數(shù)類(lèi)算術(shù)運(yùn)算指令

因“DA A”指令只能對(duì)加減法結(jié)果（存于A中）進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整而為固定格式，而INC和DEC后的操作數(shù)（因是單操作數(shù)運(yùn)算，故A不一定參加）只要是對(duì)應(yīng)內(nèi)RAM的單元即可，但無(wú)DEC DPTR指令，這是習(xí)慣用法。

2、二操作數(shù)類(lèi)算術(shù)運(yùn)算指令

除“MUL AB與DIV AB”為固定格式外，其它指令只要A為目的操作數(shù)即可，如ADDC A,#38H。

3.2 邏輯運(yùn)算及移位類(lèi)指令的識(shí)記

這類(lèi)指令中的操作數(shù)同樣為內(nèi)RAM單元或立即數(shù)，其中只有A的單操作數(shù)指令包括所有移位指令（RL、RR、RLC、RRC）和整字節(jié)清零（CLR A）及取反指令（CPL A）。因它們都相當(dāng)于“位運(yùn)算”，故在指令中只能是A，而對(duì)于其它邏輯運(yùn)算指令（ANL、ORL、XRL）中的二操作數(shù)使用原則同前述“基本傳送類(lèi)指令”（圖1中提示的TMP2的數(shù)據(jù)來(lái)源不一定是A，指的就是二操作數(shù)邏輯運(yùn)算）。

4 控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令的特點(diǎn)

控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令包括無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令和條件轉(zhuǎn)移指令，而真正意義上的無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令助記符應(yīng)該包括LJMP、AJMP、SJMP、JMP、ACALL和LCALL，其中除“JMP@A+DPTR”為固定格式外，其余的指令助記符后均跟不同位數(shù)的地址，但在編程使用中都是以標(biāo)號(hào)代替。

條件轉(zhuǎn)移指令可分為單操作數(shù)指令（JZ/JNZ rel）、二操作數(shù)指令（DJNZ Rn/direct,rel）和三操作數(shù)指令（“CJNE A/Rn/@Ri,#data,rel”和“CJNE A,direct,rel”），且其中的“相對(duì)地址rel”在編程使用中均以標(biāo)號(hào)代替(下同)。

5 位操作類(lèi)指令的特點(diǎn)

這類(lèi)指令中的操作數(shù)除轉(zhuǎn)移類(lèi)指令中的“相對(duì)地址rel”外，一定是內(nèi)RAM中可位尋址單元中的某一位，因“位運(yùn)算”的結(jié)果主要存在PSW中（如圖1所示），故位操作類(lèi)指令中只能出現(xiàn)C和位地址“bit”。具體如下：

1、位傳送指令（MOV C,bit和MOV bit,C）

該指令中必須得出現(xiàn)C。

2、位“置1”（SETB C/bit）、“清0”（CLR C/bit）和“取反”（CPL C/bit）指令

均為單操作數(shù)指令。

3、二操作數(shù)位邏輯運(yùn)算指令（ANL/ORL C,bit）

該指令的目的操作數(shù)須為C且格式固定。

4、位控制轉(zhuǎn)移指令

分單操作數(shù)指令（JC/JNC rel）和雙操作數(shù)指令（JB/JBC/JNB bit,rel），其中的“JBC bit,rel”指令比較特殊且使用較多（查詢(xún)用），即程序發(fā)生轉(zhuǎn)移的同時(shí)使“bit”對(duì)應(yīng)位內(nèi)容清零。

6 結(jié)論

本文介紹了51單片機(jī)（以80C51為例）各類(lèi)指令的顯著特點(diǎn)，以便初學(xué)者識(shí)記并靈活應(yīng)用，從而激起對(duì)單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)興趣并進(jìn)行深入研究。教學(xué)實(shí)踐證明，指令系統(tǒng)的基本原則對(duì)學(xué)生效果明顯，相信能為智能化時(shí)代的盡早到來(lái)創(chuàng)造可能。

[1]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)（第3版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[2]李勛，等.單片機(jī)實(shí)用教程（第2版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[3]何立民.單片機(jī)高級(jí)教程：應(yīng)用與設(shè)計(jì)（第2版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[4]胡錦，等.單片機(jī)技術(shù)實(shí)用教程[M].北京：高等教育出版社，2003.

（責(zé)任編輯：陳 輝）

A Brief Analysis of the 51 Single-chip Microcomputer System

TANG Ding-de
(Mechanic Engineering School,Jiangxi University of Technology,Nanchang 330098,China)

In view of the relatively complex instruction system of the single-chip Microcomputer(SCM),the beginners are hard to memorize it.This article introduces the classification of some basic principles to memorize the instructions of 51SCM.It aims to arouse the beginners'interests to learn the SCM course,and do some further studies.It has been proved through the practice of teaching that these principles of memorizing have a good effect on students'learning.

single-chip microcomputer;instruction system;beginner;principles

TP36

A

123（2014）03-0058-03

2014-01-15

湯定德（1977-），男，江西萬(wàn)年人，江西科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，講師，碩士。研究方向：電力電子技術(shù)。