- 单片机原理及接口技术
- 陈贵银 祝福主编
- 4204字
- 2020-08-26 15:30:19
3.4 算术运算类指令
89C51单片机的算术运算类指令共有24条，可以完成加、减、乘、除等各种操作，全部指令都是8位数运算指令。如果需要做16位数的运算则需编写相应的程序来实现。
算术运算类指令大多数要影响到程序状态字寄存器PSW中的溢出标志OV、进位（借位）标志CY、辅助进位标志AC和奇偶标志位P。利用进位（借位）标志CY，可进行多字节无符号整数的加、减运算，利用溢出标志可对带符号数进行补码运算，辅助进位标志则用于BCD码运算的调整。
3.4.1 加法指令
ADD A，# data ；A ← (A) + data
ADD A，direct ；A ← (A) + （direct）
ADD A，Rn ；A ← (A) + （Rn）
ADD A，@Ri ；A ← (A) + ((Ri))
这组指令的功能是把源操作数所指出的内容与累加器A的内容相加，其结果存放在A中。源操作数的寻址方式分别为立即寻址、直接寻址、寄存器寻址和寄存器间接寻址。运算结果对程序状态字PSW中的CY、AC、OV和P的影响情况如下。
进位标志CY：在加法运算中，如果D7位向上有进位，则CY=1；否则，CY=0。
半进位标志AC：在加法运算中，如果D3位向上有进位，则AC=1；否则，AC=0。
溢出标志OV：在加法运算中，如果D7、D6位只有一个向上有进位时，OV=1；如果D7、D6位同时有进位或同时无进位时，OV=0。
奇偶标志P：当A中“1”的个数为奇数时，P=1；为偶数时，P=0。
例3-8 设（A）=94H，（30H）=8DH，执行指令ADD A，30H，操作如下：
结果（A）= 21H，（CY）= 1，（AC）= 1，（OV）= 1，（P）= 0
参加运算的两个数，可以是无符号数（0~255），也可以是有符号数（-128~+1 2 7）。用户可以根据标志位CY或OV来确定运算结果或判断结果是否正确。无符号数用CY位表示进位、溢出（不考虑 OV位），有符号数用 OV位表示溢出（不考虑CY位）。
上例中，若把94H、8DH看做无符号数相加，结果中CY=1，表示运算结果发生了溢出（结果超出了8位），此时溢出的含义是向高位产生进位，所以确定结果时不能只看累加器A的内容，而应该把CY的值加到高位上，才可得到正确的结果。即结果为121H，若把94H、8DH看做有符号数（补码表示的），结果中OV=1，它表示运算结果发生了溢出，A中的值是个错误的结果。因为两个负数相加，结果却为正数，很显然是错误的。
两个正数相加或两个负数相加时，若发生溢出，将改变结果的符号位，所得结果都是错误的，OV=1正好指出了这一类错误。
无论编程人员把参加运算的两个数看做是无符号数还是有符号数，计算机在每次运算后，都会按规则自动设置标志位CY、OV、AC、P，对于编程人员来说，应能根据这些标志来了解当前运算结果所处的状态，以确定程序的走向。
3.4.2 带进位加法指令
ADDC A，# data ；A ← (A) + data + （CY）
ADDC A，direct ；A ← (A) + （direct）+ （CY）
ADDC A，Rn ；A ← (A) + （Rn）+ （CY）
ADDC A，@Ri ；A ← (A) + ((Ri)) + （CY）
这组指令的功能是把源操作数所指出的内容与累加器A的内容相加、再加上进位标志CY的值，其结果存放在A中。源操作数的寻址方式分别为立即寻址、直接寻址、寄存器寻址和寄存器间接寻址。运算结果对PSW标志位的影响与ADD指令相同。
需要说明的是，这里所加的进位标志CY的值是在该指令执行之前已经存在的进位标志值，而不是执行该指令过程中产生的进位标志值。
例3-9 设（A）=AEH，（R1）=81H，（CY）=1，
执行指令ADDC A，R1，则操作如下：
结果（A）= 30H，（CY）= 1，（OV）= 1，（AC）= 1，（P）= 0
带进位加法指令主要用于多字节数的加法运算。因低位字节相加时可能产生进位，而在进行高位字节相加时，要考虑低位字节向高位字节的进位，因此必须使用带进位的加法指令。
例3-10 设有两个无符号16位二进制数，分别存放在30H、31H单元和40H、41H单元中（低8位先存），写出两个16位数的加法程序，将和存入50H、51H单元（设和不超过16位）。
解 由于不存在16位数的加法指令，所以只能先加低8位，后加高8位，而在加高8位时要连低8位相加的进位一起相加，编程如下：
MOV A，30H ；取一个加数的低字节送A中
ADD A，40H ；两个低字节数相加
MOV 50H，A ；结果送50H单元
MOV A，31H ；取一个加数的高字节送A中
ADDC A，41H ；高字节数相加，同时加低字节产生的进位
MOV 51H，A ；结果送51H单元
3.4.3 带借位减法指令
SUBB A，# data ；A ← (A)- data - （CY）
SUBB A，direct ；A ← (A)- （direct）- （CY）
SUBB A，Rn ；A ← (A)- （Rn）- （CY）
SUBB A，@Ri ；A ← (A)- （（Ri））- （CY）
这组指令的功能是将累加器A中的数减去源操作数所指出的数和进位位CY，其结果存放在累加器A中。源操作数的寻址方式分别为立即寻址、直接寻址、寄存器寻址和寄存器间接寻址。运算结果对程序状态字PSW中各标志位的影响情况如下。
借位标志CY：在减法运算中，如果D7位向上需借位，则CY=1；否则，CY=0。
半借位标志AC：在减法运算中，如果D3位向上需借位，则AC=1；否则，AC=0。
溢出标志OV：在减法运算中，如果D7、D6位只有一个向上需借位时，OV=1；如果D7、D6位同时需借位或同时无借位时，OV=0。
奇偶标志P：当A中“1”的个数为奇数时，P=1；为偶数时，P=0。
减法运算只有带借位减法指令，而没有不带借位的减法指令。若要进行不带借位的减法运算，应该先用指令将CY清零，然后再执行SUBB指令。
需强调的一点是，减法运算在计算机中实际上是变成补码相加，下面举例说明。
例3-11 设（A）=DBH，（R4）=73H，（CY）=1。
执行指令SUBB A，R4 则操作如下：
结果（A）= 67H，（CY）= 0，（AC）= 0，（OV）= 1
由上述两式可见两种算法的最终结果是一样的。在此例中，若DBH和73H是两个无符号数，则结果67H是正确的；反之，若为两个带符号数，则由于产生溢出（OV=1），使得结果是错误的，因为负数减正数其结果不可能是正数，OV=1，就指出了这一错误。
3.4.4 加1指令
INC A ；A ← (A) + 1
INC direct ；direct ← （direct）+ 1
INC Rn ；Rn ← (Rn) + 1
INC @Ri ；Ri ← ((Ri)) + 1
INC DPTR ；DPTR ← (DPTR) + 1
这组指令的功能是将操作数所指定单元的内容加1。本组指令除“INC A”指令影响P标志外，其余指令均不影响PSW标志。
加1指令常用来修改操作数的地址，以便于使用间接寻址方式。
3.4.5 减1指令
DEC A ；A ← (A) - 1
DEC direct ；direct ← （direct）- 1
DEC Rn ；Rn ← (Rn) - 1
DEC @Ri ；Ri ← ((Ri)) - 1
这组指令的功能是将操作数所指定单元的内容减1。除“DEC A”指令影响P标志外，其余指令均不影响PSW标志。
3.4.6 乘、除法指令
89C51单片机有乘、除法指令各一条，它们都是一字节指令，执行时需 4 个机器周期。
1.乘法指令
MUL AB ；BA← （A）× （B）
这条指令的功能是把累加器A和寄存器B中的两个8位无符号数相乘，所得16位乘积的低8位放在A中，高8位放在B中。
乘法指令执行后会影响3 个标志：若乘积小于FFH（即B的内容为零），则OV=0，否则OV=1。CY总是被清零，奇偶标志P仍按A中1的奇偶性来确定。
例3-12 已知（A）=80H，（B）=32H，
执行指令 MUL AB
结果（A）= 00H，（B）= 19H，OV= 1，CY= 0，P= 0
2.除法指令
DIV AB ；A← （A）/（B）之商，B← （A）/（B）之余数
这条指令的功能是对两个8位无符号数进行除法运算。其中被除数存放在累加器A中，除数存放在寄存器B中。指令执行后，商存于累加器A中，余数存于寄存器B中。
除法指令执行后也影响3个标志：若除数为零（B=0）时，OV=1，表示除法没有意义；若除数不为零，则OV=0，表示除法正常进行。CY总是被清零，奇偶标志P仍按A中1的奇偶性来确定。
例3-13 已知（A）=87H（135D），（B）=0CH（12D），
执行指令 DIV AB
结果（A）= 0BH，（B）= 03H，OV= 0，CY= 0，P= 1
3.4.7 十进制调整指令
DA A
该指令的功能是对A中刚进行的两个BCD码的加法结果进行修正。该指令只影响进位标志CY。
有时希望计算机能存储十进制数，而且能进行十进制数的运算，这时就要用BCD码来表示十进制数。
所谓BCD码就是采用4位二进制编码表示的十进制数。4位二进制数共有16个编码， BCD码是取它前 10 个的编码 0000~1001 来代表十进制数的 0~9，这种编码称为8421BCD码，简称BCD码。一个字节可以存放2位BCD码（称为压缩的BCD码）。
如果两个BCD码数相加，结果也是BCD码，则该加法运算称为BCD码加法。在89C51单片机中没有专门的BCD码加法指令，要进行BCD码加法运算，也要用加法指令ADD或ADDC，然而计算机在执行ADD或ADDC指令进行加法运算时，是按照二进制规则进行的，对于4位二进制数是按逢16进位；而BCD码是逢10进位，两者存在进位差。因此用ADD或ADDC指令进行BCD码相加时，可能会出现错误。例如：
在上述3组运算中，（a）的运算结果是正确的，因为8的BCD码就是1000；（b）的运算结果是错误的，因为13的BCD码应是00010011，但运算结果却是1101，BCD码中没有这个编码；（c）的运算结果也是错误的，因为 17 的BCD码应是00010111，而运算结果是00010001。
由此可知，当运算结果大于16或在10~16之间时，都将出现错误结果，因此要对结果进行修正，这就是所谓的十进制调整问题。
使用DA A指令可修正这种错误，它能对运算结果自动进行调整。实际上，计算机在遇到十进制调整指令时，中间结果的修正是由ALU硬件中的十进制调整电路自动进行的。因此，用户不必考虑它是怎样调整的。使用时只需在上述加法指令后面紧跟一条DA A指令即可。
在执行DA A指令之后，若CY=1，则表明相加后的和已等于或大于十进制数100。
例3-14 试编写程序，实现95+59的BCD码加法，并将结果存入30H、31H单元。
MOV A，# 95H ；95的BCD码数送A中
ADD A，# 59H ；A与59的BCD码相加，结果存在A中
DA A ；对相加结果进行十进制调整
MOV 30H，A ；A中的和 （十位、个位的BCD码）存入30H
MOV A，# 00H ；A清零
ADDC A，# 00H ；加进位 （百位的BCD码）
DA A ；BCD码相加之后，必须使用调整指令
MOV 31H，A ；存进位
第一次执行DA A指令的结果：（A）= 54H，CY= 1
最终结果（31H）= 01H，（30H）= 54H
需要指出的是，DA A指令只能用在加法指令的后面。如果要进行BCD码减法运算，也应该进行调整，但在89C51单片机中没有十进制减法调整指令，也不像有的微处理器有加减标志，因此要用适当的方法来进行十进制减法运算。
为了进行十进制减法运算，可用加减数的补数来进行，2位十进制数是对100取补的，例如：减法60-30=30，也可以改为补数相加为
60+（100-30）=130
丢掉进位后，就得到正确的结果。
在实际运算时，不可能用9位二进制数来表示十进制数100，因为CPU是8位的。为此，可用8位二进制数10011010（9AH）来代替。因为这个二进制数经过十进制调整后就是100000000。因此，十进制无符号数的减法运算可按以下步骤进行：
（1）求减数的补数，即9AH-减数；
（2）被减数与减数的补数相加；
（3）对第二步的和进行十进制调整，就得到所求的十进制减法运算结果。
这里用“补数”而没有用“补码”，这是为了和带有符号位的补码相区别。由于现在操作数都是正数，没有必要再加符号位，故称“补数”更为合适一些。
例3-15 编写程序实现十进制减法，计算87-38。
CLR C ；减法之前，先清CY位，即CY= 0
MOV A， # 9AH ；9AH送A中
SUBB A， # 38H ；做减法，计算38的补数送A中
ADD A， # 87H ；38的补数与87做加法
DA A ；对相加结果进行调整
丢掉进位，取调整结果的低8位，即得结果为十进制数49，显然是正确的结果。