单片机算术运算类指令详解

算术运算类指令主要是对8位无符号数进行算术操作。算术运算类指令有加、减、乘、除法指令，增1和减1指令，十进制调整指令，共24条。这类指令会影响PSW的有关位，对这类指令要特别注意正确地判断结果对标志位的影响，如图3-12所示。使用时应注意判断对哪些标志位（Cy、OV、AC、P）产生影响。

图3-12 算术运算类指令执行

这些指令分别将工作寄存器中的数、内部RAM单元中的数、以Ri内容为地址中的数或8位二进制立即数和累加器A中的数相加，并将和存放在A中。若相加时第3位或第7位有进位，则分别将AC、Cy标志位置1，否则为0。

1 不带进位的加法指令（4条）

指令助记符为ADD，第一操作数都是A，第二操作数有4种寻址方式。

8位加法指令的一个加数总是来自累加器A，而另一个加数可由寄存器寻址、直接寻址、寄存器间接寻址和立即数寻址等不同的寻址方式得到。加的结果总是放在累加器A中。使用本指令时，要注意累加器A中的运算结果对各个标志位的影响：

1）如果位7有进位，则进位标志Cy置1，否则Cy清0。

2）如果位3有进位，辅助进位标志AC置1，否则AC（AC为PSW寄存器中的一位）清0。

3）如果位6有进位，而位7没有进位，或者位7有进位，而位6没有进位，则溢出标志位OV置1，否则OV清0。和的D7、D6位同时有进位或同时无进位时，OV=0；D7、D6位只有一个有进位时，OV=1。可表示为（OV）=（D7进位）+（D6进位）。

不带进位C的加法指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数，见表3-7。

表3-7 不带进位C的加法指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数

例3-14：假设（A）=7EH，（R2）=02H，执行指令ADD A，R2的运算过程如下所示。

运算结果为：（A）=80H，（Cy）=0，（AC）=1，（OV）=1（因为D7无进位、D6均有进位），（P）=1。当把两个操作数看作是无符号数时，虽然OV=1，但运算结果是正确的。

当把两个操作数看作是带符号数时，由于（OV）=1，表示结果产生溢出。因为当把两个操作数7EH、02H看作是带符号数时，对应的十进制数分别是+126和+2，相加结果应为+128，超出了8位二进制补码允许范围，所以产生溢出。结果为10000000B，按补码表示方法，这是一个负数，两个正数相加不可能变为负数，所以结果是错误的。

2 带进位的加法指令（4条）

指令助记符为ADDC，比ADD多了加Cy位的值（之前指令留下的Cy值），主要用于多字节的加法运算，结果也送A，影响AC、Cy、OV、P位。这些指令执行后，累加器A中内容为“和”。若相加时第3位或第7位有进位，则分别将AC、Cy标志位置1，否则为0。

指令的功能是把源操作数与累加器中的数据以及进位标志Cy的值相加并将相加结果送入累加器中。执行时，产生程序状态字PSW中标志位的情况与不带进位加法指令相同。值得注意的是，指令中所加的Cy值是在指令执行前形成的，而不是在指令执行过程中形成的。多字节相加：低字节用ADD指令，高字节用ADDC指令。

1）如果位7有进位，则进位标志Cy置1，否则Cy清0。

2）如果位3有进位，则辅助进位标志AC置1，否则AC清0。

3）如果位6有进位而位7没有进位，或者位7有进位而位6没有进位，则溢出标志OV置1，否则标志OV清0。

带进位C的加法指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数见表3-8。

表3-8 带进位C的加法指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数

例3-15：在片内RAM的31H、30H中存有双字节数（高在31H、低在30H中），编程把该双字节数与R2中单字节数相加，和存储在片内RAM的40H单元开始的空间中（低位在先）。

MOV R0，#30H；置被加数地址指针首址

MOV R1，#40H；置和地址指针首址

MOV A，@R0；取被加数低字节

ADD A，R2；低字节相加，并产生进位Cy

MOV @R1，A；存和的低字节

INC R0；地址指针增1，指向31H

INC R1；地址指针增1，指向41H

MOV A，@R0；取被加数的高字节

ADDC A，#0；高字节与进位Cy相加，产生新的进位

MOV @R1，A；存和中字节

INC R1；地址指针增1，指向42H

MOV A，#0；

ADDC A，#0；把高位的进位Cy转到A中

MOV @R1，A；存和的高字节，和可能为三字节数

3 带借位减法指令（4条）

指令助记符为SUBB。指令的功能都是第一操作数A的内容减去第二操作数的内容，再减去上次的Cy值，然后把差存入A中，同时产生新的AC、Cy、OV、P位的值。减法操作会对PSW中标志位Cy、AC、OV产生影响。当减法有借位时，则Cy=1，否则Cy=0。若低4位向高4位有借位，则AC=1，否则AC=0；若减法时最高位与次高位不同时发生借位，则OV=1，否则OV=0。

带借位C减法指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数如表3-9所示。

表3-9 带借位C减法指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数

注意：无不带借位的减法指令。

A的内容减去指定变量和进位标志Cy的值，结果存在A中。

1）如果位7需借位，则Cy置1，否则Cy清0。

2）如果位3需借位，则AC置1，否则AC清0。

3）如果位6借位而位7不借位，或者位7借位而位6不借位，则溢出标志位OV置1，否则OV清0。

使用带借位减法指令需注意以下问题：

1）由于减法本身就属于带符号数运算，所以不宜将操作数看成是无符号数。单片机在进行减法时，实际上是在控制器的控制下，采用补码加法来实现的。

执行减法指令时，首先将减数变为原码，再取负（改变符号）并求补变为补码，然后再与以补码表示的被减数相加，将减法变加法。

2）在实际应用中，也可以通过手工减法运算判定减法的操作结果。只是这时PSW中的标志位改为按如下规则产生：

借位标志Cy：差的D7位有借位时，（Cy）=1；否则，（Cy）=0。

辅助借位标志AC：差的D3位有借位时，（AC）=1；否则，（AC）=0。

溢出标志OV：差的D7、D6位同时有借位或同时无借位时，（OV）=0；差的D7、D6位只有一个有借位时，（OV）=1。可表示为：（OV）=（D7借位）+（D6借位）。

当OV=1时，表示按补码运算法则得到的结果产生溢出，超出了8位二进制补码所允许的数值范围（-128～+127）。

奇偶标志P：当累加器ACC中1的个数为奇数时，（P）=1；为偶数时，（P）=0。

3）MCS-51指令系统中没有不带借位的减法指令，若需进行不带借位的减法，可通过在带借位减法指令前插入一条对Cy清0的指令CLR C来实现。

例3-16：已知（A）=98H，（30H）=85H，求（A）-（30H）。程序如下：

CLR C；将前次Cy清0(www.xing528.com)

SUBB A，30H

假设（A）=7EH，（R2）=FFH，（Cy）=0，执行指令

SUBB A，R2；A←（A）-（R2）-（Cy）

计算：7EH-FFH=7EH-FFH=01111110B-11111111B。

4 乘除法指令（2条）

（1）乘法指令

该指令的功能是将累加器A与寄存器B中的两个无符号8位整数相乘，执行后乘积为16位，并把16位乘积的高8位存入寄存器B中，低8位存入累加器A中。

该指令只影响PSW中的3个标志位：当乘积大于0FFH即255，溢出标志位（OV）=1，否则OV复位；奇偶标志P仍由累加器A中1的个数而定；进位标志Cy总是被清0。

例如，若（A）=A0H，（B）=40H，执行指令：MUL AB。

结果为：（B）=28H，（A）=00H，（OV）=1，（P）=0，（Cy）=0。

说明：当积大于255（0FFH）时，即积的高字节B不为0时，置OV=1，否则OV=0；Cy位总是0。

MUL指令实现8位无符号数的乘法操作，乘法指令是整个指令系统中执行时间最长的2条指令之一。它需要4个机器周期（48个振荡周期）完成一次操作，对于12MHz晶振频率的系统，其执行一次的时间为4_μs。

（2）除法指令

该指令的功能是将累加器A中的8位无符号二进制数除以寄存器B中的8位无符号二进制数，所得的商存入累加器A中，余数存入寄存器B中。该指令也只影响PSW中的3个标志位，对Cy和P的影响与乘法指令相同。指令执行后，进位标志位Cy总是清0，当除数为0时，表示除数为0的除法无意义，结果A、B中的内容不定，此时OV标志位置位，说明除法溢出。累加器A的结果影响P标志。

例如，假设（A）=A0H，（B）=40H，执行指令：DIV AB。

结果为：（A）=02H，（B）=20H，（OV）=0，（P）=1，（Cy）=0。

算术运算指令都是针对8位二进制无符号数的。若要进行带符号或多字节二进制数运算，需编写具体的运算程序，通过执行程序实现。无符号数相除，当除数（B）=0时，结果为无意义，并置OV=1；Cy位总是0。

乘除法指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数见表3-10。

表3-10 乘除法指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数

5 加1指令（5条）

增量指令：助记符为INC，指令的功能是将操作数中的内容加1。除对A操作影响P外不影响任何标志。加1指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数如表3-11所示。

表3-11 加1指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数

6 减1指令（4条）

这组指令的功能是将指令中指定单元的内容减1，结果再送回原单元。除了DEC A指令影响PSW中的P标志位，其余指令都不影响PSW中的标志位。功能是指定的变量减1。若原来为00H，减1后下溢为FFH，不影响标志位（P标志除外）。

减1指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数见表3-12。

表3-12 减1指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数

注意：没有对DPTR的减1操作指令。

虽然没有不带C的减法指令，但可在带C的减法指令前将C清0（清进位标志指令CLR C），其实际效果就是不带C的减法运算。

7 十进制调整指令（1条）

ADD、ADDC指令都是对8位二进制数进行加法运算，当两个BCD码数进行加法时，必须增加一条DA A指令（对其结果进行调整），否则结果就会出错。出错原因在于BCD码共有16个编码，但只用其中的10个，剩下6个没用到。这6个没用到的编码（1010，1011，1100，1101，1110，1111）为无效编码。在BCD码加运算中，凡结果进入或者跳过无效编码区时，结果出错。无论哪种错误，都是因为6个无效编码造成的。因此，只要出现上述两种情况之一，就必须调整。方法是把运算结果加6调整，即十进制调整修正。

十进制调整方法如下：

1）累加器低4位大于9或辅助进位位AC=1，则低4位加6修正。

2）累加器高4位大于9或进位位Cy=1，则高4位加6修正。

3）累加器高4位为9，低4位大于9，高4位和低4位分别加6修正。

上述调整修正是通过执行指令DA A来自动实现的。

该指令的功能是将累加器A中刚进行的两个压缩的BCD码（十进制数的二进制编码）加法结果进行十进制调整。这条指令通常要紧跟在加法指令之后使用。

十进制调整指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数见表3-13。

表3-13 十进制调整指令、功能操作、机器代码和执行机器周期数

注意：①DA指令只能跟在加法指令后面使用；②调整前参与运算的两数是BCD码数；③DA指令不能与减法指令配对使用，但可以实现A中压缩BCD数进行减1操作；④执行十进制调整指令后，PSW中的Cy表示结果的百位值。

由于BCD码加法是逢十进一，但单片机实际上进行的是二进制加法，它在两个相邻BCD码之间实际上是逢十六进一，从而将10～15表示为AH～FH；16～18表示为10H～12H，出现非BCD码。所以两个压缩的BCD码按二进制相加后，必须经过调整才能得到正确地用BCD码形式表示的和。调整的方法是，当出现AH～FH、10H～12H时，通过加6修正，使之分别调整为10～15、16～18，符合BCD码逢十进一的原则。中间结果的修正是由ALU硬件中的十进制修正电路自动进行的。

例3-17：（A）=56H，（R5）=67H，把它们看作两个压缩的BCD数，进行BCD加法。执行修正：

结果：（A）=23H，Cy=1，由此可见，56H+67H=123H，结果正确。

设计将两个BCD码相加的执行程序如下：

ORG 0000H

MOV A，#56H；将56H传送到A中，但表示的是BCD数56

MOV B，#67H；将67H传送到B中，但表示的是BCD数67

ADD A，B；Cy=0，（A）=BDH，但数BDH为二进制加法结果，

；要得出正确的BCD码的和数，必须对结果进行十进制调整

DA A；调整后Cy=1、（A）=23H、AV=1。Cy中内容和A中内容构成的数正是BCD

；和数，56H+67H=123H，可见Cy中内容表示BCD的和数的百位

SJMP $

END

当需要进行BCD码减法时，可通过求减数的补数，把被减数-减数变为被减数+减数的补数，即把减法变为加法，然后再用DA A指令进行调整，便可实现BCD码的减法运算。

设X表示一个BCD码，则对于长度为两位BCD码的X的补数为100-|X|。例如：

89-69=89+[69]_补=89+（100-69）=89+31=120

在单片机中可用9AH代表上式中的100，实现上述运算。