STC15W4K32S4系列8051单片机算术操作

STC单片机指令系统中，共有算术操作类指令24条，可分为加法、带进位加法、带借位减法、加1、减1、乘/除法和十进制数调整指令。它们都是二进制数算术运算指令，能直接用指令完成单字节操作数的加法、减法、乘法或除法，通过编程也能完成加、减、乘、除四则混合运算。

加、减、乘、除法指令是单字节二进制数算术运算指令，对单字节数可直接运算；借助OV溢出标志，可对有符号数进行二进制补码运算；借助进位标志，可进行多字节二进制数加法、减法运算，对多字节压缩BCD码也能进行加法、减法运算。加、减、乘、除指令必须在累加器A中进行。

算术运算指令执行的结果对Cy、Ac、OV三种标志位有影响，但对加1和减1指令除外。只要修改了累加器A的值，就会影响P标志。

1.加法指令

这组指令有如下4条：

这组指令的功能是把累加器A的内容与源操作数相加，相加结果存储在A中。这些指令中参加运算的都是8位二进制数，对用户而言，这两个8位数可当作无符号数（0～255），也可以当作有符号数（-128～127），即补码数。例如，对应二进制数10110110，用户可以认为它是无符号数，即等于十进制数182；也可认为它是带符号数，即为十进制负数-54。但无论如何，计算机在进行加法运算时，都是按以下的规则进行计算的：

1）进行求和运算时，两个操作数以二进制数的形式直接进行对应位相加，而不经过任何变换。例如，设（A）=10111101B，（R2）=11000111B，则执行指令ADD A，R2时，其实际算式为

相加后（A）=10000100B。如果认为是无符号数相加，则A的内容表示为十进制数132；如果认为这是有符号数相加，那么A的内容表示为十进制数-4。

2）进位标志Cy是两个无符号操作数相加时，标明加法指令执行结果是否有进位的一个标志，若位7有进位，Cy=1，此时的Cy表示十进制数的256（如上例）；若位7没有进位则Cy=0。同时，辅助进位标志AC也会有影响，若位3有进位AC=1，否则AC=0。如果是两个有符号操作数相加，此时进位标志Cy无实际意义。

3）加法指令会影响OV溢出标志，溢出标志是否有意义，要看用户定义的数是否为有符号数。若是两个有符号数进行算术运算，当OV=1，数据运算溢出，运算结果有错误；当OV=0，数据运算结果正确。

然而，在进行算术运算时，计算机不会区分有符号、无符号的数，它总是把参加运算的操作数当作带符号数来对待，即只要位6和位7其中一个向高位有进位，OV=1，表明数据运算溢出；否则，如果位6和位7同时有进位或同时没有进位，OV=0，表明数据运算没有溢出。事实上，一个正数与一个负数相加是不会产生溢出的，只有两个正数或两个负数相加时才有可能产生溢出，运算结果出错。

【例3-10】 若（A）=57H，（R2）=E5H，执行指令ADD A，R2。

运算式为

结果为（A）=3CH，Cy=1，AC=0，OV=0，P=0。注意：上面的运算中，位6和位7同时有进位，故OV=0，运算结果是正确的。若（A）=9DH，（R1）=40H，（40H）=D6H，执行指令ADD A，@R1。运算式为

结果为（A）=73H，Cy=1，AC=1，OV=1，P=1。

注意：上面的运算中，位6无进位，位7有进位，故OV=1，运算结果是错误的。

4）加法指令也会影响辅助进位位AC和奇偶标志P，在上面的例子中，可以看出AC标志和P标志的变化。

2.带进位加法指令

这组指令有如下4条：

这组指令的功能是把源操作数所指出的内容、进位标志Cy都与累加器A的内容相加，结果存储在A中。这组指令的特点是进位位Cy也参加了运算，因此带进位位相加的操作得到的是3个数相加的结果。

【例3-11】 （A）=69H，（30H）=ADH，Cy=1，执行指令ADDC A，30H。

运算式为

结果为（A）=17H，Cy=1，Ac=1，OV=0，P=0。

【例3-12】 编程实现两个双字节无符号数加法，即（R5 R4）+（R7 R6），结果存储在（R3 R2）中。

根据题意，双字节无符号数是一个16位数，这3个16位数的高8位分别存储在R5、R7、R3中，低8位分别存储在R4、R6、R2中。由于单片机没有16位二进制数的加法指令，因此必须编写程序来完成。按照加法原则，应从低位开始相加，即先加低8位，后加高8位，低位产生的进位应同时加到高位上。程序如下：

3.加1、减1指令

加1指令有如下5条，指令助记符为INC：

减1指令有如下4条，指令助记符为DEC：

这组指令的功能是将操作数所指定的单元内容自加1、自减1。其指令执行特点是：

1）指令操作是按二进制的形式进行加1、减1。

2）执行加1、减1指令后不会影响Cy、OV、Ac标志位。

3）当操作单元的内容为00H时，执行DEC减1指令后，操作单元内容为FFH，且有借位，但不影响Cy、OV、Ac标志。

4）当操作单元的内容为FFH时，执行INC加1指令后，操作单元内容为00H，且有进位，但不影响Cy、OV、Ac标志。

5）只有涉及累加器A的指令，如INC A、DEC A指令，才会影响P标志。

6）INC DPTR指令，是16位数加1指令。指令首先对低8位指针DPL的内容执行加1的操作，当产生溢出时，就对DPH的内容进行加1操作，并不影响标志Cy的状态。

7）加1、减1指令中，只有操作数为直接地址时，指令为双字节指令，其他指令为单字节指令。

8）当操作数的直接地址为P0～P3端口时，其功能是修改I/O口的输出内容。其指令的执行过程是：先从端口的锁存器读入原始数据，然后在CPU中加1、减1，再将结果写入端口寄存器输出。这类指令具有“读→修改→写”的功能。

【例3-13】 设（R0）=31H，（30H）=00H，（31H）=0FH，（P1）=FFH，（DPTR）=21FFH，逐条分析下面指令执行后各单元的内容。

4.十进制调整指令(www.xing528.com)

这是一条对二进制和十进制的加法进行调整的指令，用于对BCD码数加法运算结果的修正，修正后的结果仍然按BCD码的形式存储。

指令格式：DA A。指令的功能是在两个BCD码按二进制相加后，采用该指令对相加的和进行调整，以得到正确的累加和。指令的应用特点如下：

1）二进制和十进制调整必须在A中进行，两个压缩的BCD码按二进制相加后必须经过本指令调整后，才能得到正确的BCD码数，从而实现十进制的加法运算。

2）BCD码加法问题：二进制数的加法运算原则上并不能适用于十进制数的加法运算，有时会产生错误结果。例如，4+5=9，0100+0101=1001，运算结果正确；6+9=15，0110+1001=1111，运算结果不正确；9+8=17，1001+1000=00001，Cy=1，结果不正确。通过以上3个例子，说明二进制数加法指令不能完全适用于BCD码十进制数的加法运算。这是因为BCD码是用4位二进制数表示的1位十进制数，而4位二进制可以组成16个编码，BCD码只用了其中的10个，有6个没用到。这6个没用到的编码（1010、1011、1100、1101、1110、1111）称为无效码。所以在BCD码的加法运算中，只要“和”数进入或跳过无效码，其运算结果一定是错误的。1位BCD码的加法运算，其结果出错可分以下两种：相加的和大于9，说明已经进入无效码区；相加后有进位，即Cy=1或Ac=1，说明已经跳过无效码。

因此，造成BCD码加法出错的原因就是因为存在6个无效码，显然BCD码是一种假二进制数。所以，要想得到正确结果，必须进行二进制“和”的十进制调整。

3）十进制调整方法：累加器低4位大于9或辅助进位位Ac=1，则进行低4位加6修正；累加器高4位大于9或进位位Cy=1，则进行高4位加6修正；累加器高4位为9，低4位大于9，则高4位和低4位分别加6修正。

【例3-14】 设有两个单字节压缩BCD码数（A）=47H，（R5）=65H，将两个BCD码进行加法运算得到的BCD码存储在R6 R5中。分析执行以下程序：

运算式为

程序执行结果为（R6）=01H，（R5）=12H。可见47+65=112，结果是正确的。

4）特别需要注意的是，DA指令不能对减法进行十进制调整，也不能对十六进制的加法进行十进制调整，只能对两个单字节的BCD码加法进行十进制调整。

5.带借位的减法指令

带借位减法指令有如下4条：

这组指令的功能是从累加器A中的内容减去指定的变量和借位标志Cy的值，结果存储在累加器A中。指令的应用特点如下：

1）这组指令是单字节二进制数减法指令，必须在累加器A中作减法，将A的内容减去Cy和操作数。

2）指令执行会影响Cy、OV、Ac、P四个标志位。对于借位标志，如果位7需借位则置Cy=1，否则清Cy=0；如果位3需借位则置Ac=1，否则清Ac=0。对于溢出标志，如果位6有借位，而位7无借位，或者位7有借位，位6无借位，则置溢出标志位OV=1；否则，如果位6、位7同时有借位或同时无借位，则清OV=0。

3）标志值的意义：计算机总是把操作数当作带符号的数进行减法。对于有符号数的两个数相减后，若OV=1，则表明结果是错误的；若OV=0，则表明结果是正确的。对于无符号数的两个数相减后，也会影响标志位，但此时的OV标志值无实际意义。

借位标志Cy，表示两个无符号数相减时，最高位是否有借位产生，Cy=1表示有借位（被减数比减数小），Cy=0表示无借位（被减数比减数大）。

4）减法指令都是带借位的减法指令，因此，如果要求进行不带借位的减法操作，应事先把借位标志清0，即Cy=0。

【例3-15】 假设（A）=D3H，（R2）=7CH，Cy=1，用减法指令计算（A）-（R2）的值，则执行指令SUBB A，R2。

运算式为

结果（A）=56H，Cy=0，Ac=1，OV=1。

6.乘、除法指令

乘、除法指令是单字节四机器周期的指令，是单片机指令系统中执行周期最长的两条指令。指令是二进制乘、除法指令，即只能对两个单字节的二进制数进行乘除。如果要求对两个多字节数进行乘、除法运算，则必须编写算法程序。

（1）乘法指令格式

该指令的功能是把累加器A和寄存器B中的无符号8位二进制整数相乘得到16位的乘积，其低8位在累加器A中，高8位在寄存器B中。如果乘积大于255，则置溢出标志位OV=1，否则清OV=0。进位标志总是零，即Cy=0。

若（A）=0CH，（B）=7AH，则执行指令MUL AB。

结果为（B）=05H，（A）=B8H。

由于乘积5B8H大于255，则标志位Cy=0，OV=1，P=0。

【例3-16】 利用单字节乘法指令进行双字节数乘以单字节数操作，即（R3 R2）×（R4），乘积存储在寄存器（R7、R6、R5）中。

分析题意可知双字节数乘以单字节数，乘积最大是三字节数。该运算的算法步骤为：将双字节被乘数分成高8位、低8位，并分别与乘数相乘，然后将两次得到的乘积进行错位相加，即可得到最后的乘积。算法思路如下：

参考程序如下：

（2）除法指令格式

该指令的功能是把累加器A中的8位单字节无符号数除以B中的单字节无符号数，所得商存储在累加器A中，余数存储在寄存器B中。指令的应用特点是：

1）除法指令按照8位无符号二进制的形式进行相除。

2）执行除法指令后，进位标志和溢出标志均被清0。

3）若除数等于0时，除法运算没有意义，运算结果A、B中的内容不确定，此时溢出标志位OV=1，进位标志Cy=0。

若（A）=0EFH，（B）=1AH，则执行指令DIV AB。

结果为（A）=09H，（B）=05H，Cy=0，OV=0。