MCS-51单片机寻址方式

一条指令由两个主要部分构成，即操作码和操作数。操作码决定CPU的操作性质，而操作数规定以何种方式提供CPU进行操作所需的数据，即寻址方式。

计算机执行程序实际上是在不断寻找操作数并进行操作的过程。每种计算机在设计时已决定了它具有哪些寻址方式，寻址方式越多，计算机的灵活性越强，指令系统也就越复杂。

MCS-51单片机的指令系统提供了7种寻址方式，它们分别为立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址（或称基址寄存器加变址寄存器间接寻址）、相对寻址和位寻址。由于一条指令可能需提供多个数据，因此一条指令可能含多种寻址方式。

1.立即寻址

定义：在指令中直接给出操作数，即操作数包含在指令中的寻址方式。

例如：MOV A，#61H；（A）←61H，将8位数据61H（立即数）送入累加器A中。如图3-1所示。

图3-1　立即寻址过程示意图

特点：指令中直接含有所需的操作数，因此操作数是在程序存储器ROM中。该操作数是8位或16位，常常处在指令的第2或2、3字节的位置上。8位或16位立即数通常采用#data或#data16通式来表示。注意，立即数前面一定要加“#”标志，其目的是与直接寻址或位寻址方式中的直接地址或位地址（direct或bit）区别开来。

2.直接寻址

定义：由指令直接给出操作数所在的存储器地址的寻址方式。

例如：MOV A，60 H；（A）←（60 H），将内部RAM中地址为60 H单元里面的数据送入累加器A中。如图3-2所示。

图3-2　直接寻址过程示意图

特点：指令中含有操作数的地址。此地址表示为direct，该地址指出了参与操作的数据所在的字节单元地址，CPU可根据直接地址找到所需要的操作数。

寻址范围：

（1）片内RAM的低128个单元（00H～7FH）。

（2）特殊功能寄存器SFR（80H～FFH）。此寻址方式是访问SFR的唯一寻址方式。书写时除了可用单元地址的形式外，也可用寄存器符号的形式给出。例如：MOV A，90 H与MOV A，P1是等价的。

3.寄存器寻址

定义：操作数在指定的寄存器中的寻址方式。

例如：INC R5；（R5）←（R5）+1，把寄存器R5中的数据加1后再送回到R5中。如图3-3所示。

图3-3　寄存器寻址过程示意图

特点：由指令指出某一个寄存器的内容作为操作数。存放操作数的寄存器在指令代码中不占据单独的一个字节，而是嵌入（隐含）到操作码字节中。

寻址范围：

（1）4组通用工作寄存区共32个工作寄存器Rn（即R0～R7）。

（2）部分特殊功能寄存器SFR（A、B以及DPTR等）。

4.寄存器间接寻址（简称间址寻址）

定义：指令给出的寄存器中存放的是操作数据的单元地址，即操作数在RAM之中，而其单元地址就是由指令指定寄存器的值。

例如：MOV A，@R0；（A）←（（R0）），将R0中的内容所表示的内部RAM地址单元中的内容送给A。如图将3-4所示，若R0中的内容为60H，把内部RAM中60H单元的内容（37H）送到A。

图3-4　寄存器间接寻址过程示意图

特点：指令给出的寄存器中存放的是操作数地址。寄存器间接寻址是一种二次寻找操作数地址的寻址方式，寄存器前边必须加前缀符号“@”。

寻址范围：内部RAM低128B（只能使用R0或R1作间址寄存器）、外部RAM（只能使用DPTR作间址寄存器）。对于外部低256单元RAM的访问，除可以使用DPTR外，还可以使用R0或R1作间址寄存器。

寻址范围：

（1）访问内部RAM低128个单元（00 H～7FH），只能采用Ri（即R0或R1）作间址寄存器；访问52子系列的内部RAM高128个单元（80H～FFH），只能采用这种寻址方式。

（2）对片外RAM的64K字节的间接寻址（0000 H～FFFH），采用DPTR作间址寄存器。例如：MOVX A，@DPTR。

（3）片外RAM的低256字节，高8位不变或高8位无连线（xx00 H～xx FFH），采用Ri作间址寄存器。例如：MOVX A，@Ri。

（4）堆栈区（只能设在内部RAM中）的堆栈操作指令PUSH（压栈）或POP（出栈）采用堆栈指针（SP）作间址寄存器。

5.变址寻址（也称基址寄存器加变址寄存器间址寻址或基址加变址寻址）

定义：以累加器A作为变址寄存器，以程序计数器PC或数据指针DPTR作为基址寄存器，这两者内容之和形成16位ROM地址的寻址方式。

例如：指令MOVC A，@A+DPTR；（A）←（（A）+（DPTR））(www.xing528.com)

若A的原有内容为0FH，DPTR的内容为2400H，该指令执行的结果是把程序存储器240FH单元的内容传送给A，如图3-5所示。

图3-5　变址寻址过程示意图

特点：指令操作码中隐含作为基址寄存器用的DPTR或PC和作为变址用的累加器A。在CPU执行变址寻址指令时，先把基地址（DPTR或PC的内容）和地址偏移量（A的内容）相加，以形成操作数所在的16位ROM地址，再由操作数地址找到操作数，并完成相应的操作。

寻址范围：只能对程序存储器ROM进行寻址，主要用于查表性质的访问。

注意：累加器A中存放的操作数地址相对基地址的偏移量的范围为00H～FFH（无符号数）。MCS-51单片机共有以下3条变址寻址指令：

寻址范围及说明：

（1）该寻址方式是专门针对程序存储器ROM中表格数据的寻址方式，寻址范围可达到ROM 64KB空间（0000 H～FFFH）。

（2）该寻址方式中的累加器A里存放的操作数地址相对基地址的偏移量的范围为00 H～FFH（无符号数）。

（3）该寻址方式的指令只有两条查表指令和1条散转指令，这3条为：

6.相对寻址

定义：以程序计数器PC的当前值为基准（取出本条指令后的PC值），加上指令中给出的相对偏移量（rel）-128～+127个字节形成新的转移目标地址。

例如：JC 80H；若C=0则PC值加2，若进位C=1则（PC）←（PC）+2+80H，即以现行的PC为基地址加上80H（有符号数的-128）得到转向地址，如图3-6所示。

特点：此寻址方式是为实现程序的相对转移而设计的，其指令码中含有相对地址偏移量，能生成浮动代码。若发生了相对转移，则转移的目的地址=指令地址+指令字节数+偏移量。

寻址范围及说明：

图3-6　相对寻址过程示意图

（1）只能对程序存储器ROM中的指令进行寻址。

（2）相对地址偏移量（rel）是一个带符号的8位二进制补码数据，其取值范围为-128～+127（它以PC为中间的256个字节范围内）。

7.位寻址

定义：MCS-51设置了独立的位处理器，CPU进行位处理时，可对内部RAM和特殊功能寄存器的某些位寻址单元进行位寻址。位寻址方式的指令中给出的操作数是一个可单独寻址的位地址，这种寻址方式称为位寻址方式。

例如：MOV C，40H；（Cy）←（40H），即把位地址40H单元中的值送到进位位Cy。

特点：位寻址是直接寻址方式的一种，它是对位寻址区域中的某一位的地址进行操作。位地址可表示为bit。

寻址范围：

（1）内部RAM中的位寻址区，即位寻址区的低128B（00 H～7FH）。

（2）SFR中的可寻址位，即SFR字节地址能被8整除的位寻址区高128B（80H～FFH）。

在指令中位寻址的位地址bit可表示为4种形式，它们分别为：

1）直接使用位地址形式。

例如：MOV 05H，D7 H；（05 H）←（D7H），其中，位地址D7 H实际上就是Cy，05H是片内RAM中20H地址单元的第5位。

2）字节地址加位序号的形式。

例如：MOV 20H.5，D0H.7；（20H.5）←（D0H.7），其中，位地址D0H.7实际上就是Cy，20H.5是片内RAM中20H地址单元的第5位。

3）位的符号地址（位名称）的形式。对于部分特殊功能寄存器，其各位均有一个特定的名字，所以可以用它们的位名称来访问该位。

例如：ORL C，P；（Cy）←（Cy）∨（P），其中，Cy是PSW的第7位，P是PSW的第0位。

4）字节符号地址（字节名称）加位序号的形式。对于部分SFR（如PSW），还可以用其字节名称加位序号形式来访问某一位。

例如：CPL PSW.7；，其中，PSW.7表示该位是PSW的第7位，即Cy。

【例3-1】 指出下列指令原操作数的寻址方式。

MCS-51单片机指令系统的7种寻址方式可总结为表3-1。

表3-1　7种寻址方式及其寻址空间