單片機指令系統

前面已經講述了單片機的幾個主要組成部分，這些部分構成了單片機的硬件。所謂硬件（Hardware），就是看得到，摸得到的實體。但是，光有這樣的硬件，還只是有了實現計算和控制功能的可能性。單片機要真正地能進行計算和控制，還必須有軟件（Software）的配合。軟件主要指的是各種程序。只有將各種正確的程序“灌入”（存入）單片機，它才能有效地工作。單片機所以能自動地進行運算和控制，正是由于人把實現計算和控制的步驟一步步地用命令的形式，即一條條指令（Instruction）預先存入到存貯器中，單片機在CPU的控制下，將指令一條條地取出來，并加以翻譯和執行。就以兩個數相加這一簡單的運算來說，當需要運算的數已存入存貯器后，還需要進行以下幾步：

第一步：把第一個數從它的存貯單元（Location）中取出來，送至運算器。

第二步：把第二個數從它所在的存貯單元中取出來，送至運算器； 第三步：相加； 第四步：把相加完的結果，送至存貯器中指定的單元。

所有這些取數、送數、相加、存數等等都是一種操作（Operation），我們把要求計算機執行的各種操作用命令的形式寫下來，這就是指令。但是怎樣才能辨別和執行這些操作呢？這是在設計單片機時由設計人員賦予它的指令系統所決定的。一條指令，對應著一種基本操作；單片機所能執行的全部指令，就是該單片機的指令系統（Iustruction Set），不同種類的單片機，其指令系統亦不同。

使用單片機時，事先應當把要解決的問題編成一系列指令。這些指令必須是選定的單片機能識別和執行的指令。單片機用戶為解決自己的問題所編的指令程序，稱為源程序（Source Program）。指令通常分為操作碼（Opcode）和操作數（Operand）兩大部分。操作碼表示計算機執行什么操作，即指令的功能；操作數表示參加操作的數或操作數所在的地址（即操作數所存放的地方編號）。因為單片機是一種可編程器件，只“認得”二進碼（0、1）。要單片機運作，單片機系統中的所有指令，都必須以二進制編碼的形式來表示。例如，在Intel公司的MCS－51系列單片機中，從存貯器中取出一數到CPU中的累加器（在運算器中，參與運算、存放運算結果的專用寄存器）的指令代碼為74H，累加器內容加立即數的代碼為24H，再加上立即數代碼，累加器送數到內部RAM存貯器的代碼為F6H～F7H等。這些指令是用十六進制表示二進制的機器碼。

MCS－51單片機的字長為8位，有時，要完成某些操作用一個字節尚不能充分表達。所以，在指令系統中有單字節指令，也有多字節指令。機器碼是由一連串的0和1組成，沒有明顯的特征，不好記憶，不易理解，易出錯。所以，直接用它來編寫程序十分困難。因而，人們就用一些助記符（Mue monic）——通常是指令功能的英文縮寫來代替操作碼，如MCS－51中數的傳送常用MOV（Move的縮寫）、加法用Add(Addition的縮寫）來作為助記符。這樣，每條指令有明顯的動作特征，易于記憶和理解，也不容易出錯。用助記符來編寫的程序稱為匯編語言程序。但是，助記符編寫的程序便于人理解，可單片機卻只認識二進制機器代碼，因此，為了讓單片機能“讀懂”匯編語言程序必須再轉換成由二進制機器碼構成的程序，這種轉換過程，就稱為“匯編”。匯編可借助于人工查表法來實現，也可借助PC機通過所謂“交叉匯編程序”來完成。由機器碼構成的用戶程序一旦“進入”了單片機，再“啟動”單片機，就可讓它執行輸入程序所規定的任務。