51单片机指令集系统

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-12-17 13:30 标签： 51单片机指令集

MCS-51单片机的指令时序

时序是用定时單位来描述的MCS-51的时序单位有四个，它们分别是节拍、状态、机器周期和指令周期接下来我们分别加以说明。
我们把振荡脉冲的周期定義为节拍（为方便描述用P表示），振荡脉冲经过二分频后即得到整个单片机工作系统的时钟信号把时钟信号的周期定义为状态（用S表礻），这样一个状态就有两个节拍前半周期相应的节拍我们定义为1(P1)，后半周期对应的节拍定义为2(P2)
MCS-51有固定的机器周期，规定一个机器周期有6个状态分别表示为S1-S6，而一个状态包含两个节拍那么一个机器周期就有12个节拍，我们可以记着S1P1、S1P2……S6P1、S6P2一个机器周期共包含12个振蕩脉冲，即机器周期就是振荡脉冲的12分频显然，如果使用6MHz的时钟频率一个机器周期就是2us，而如使用12MHz的时钟频率一个机器周期就是1us。
執行一条指令所需要的时间称为指令周期MCS-51的指令有单字节、双字节和三字节的，所以它们的指令周期不尽相同也就是说它们所需的机器周期不相同，可能包括一到四个不等的机器周期（这些内容我们将在下面的章节中加以说明）。
MCS-51指令系统中按它们的长度可分为单芓节指令、双字节指令和三字节指令。执行这些指令需要的时间是不同的也就是它们所需的机器周期是不同的，有下面几种形式：
·单字节指令单机器周期
·单字节指令双机器周期
·双字节指令单机器周期
·双字节指令双机器周期
·三字节指令双机器周期
·单字节指令四机器周期(如单字节的乘除法指令)
下图是MCS-51系列单片机的指令时序图：

上图是单周期和双周期取指及执行时序图中的ALE脉冲是为了锁存地址的選通信号，显然每出现一次该信号单片机即进行一次读指令操作。从时序图中可看出该信号是时钟频率6分频后得到，在一个机器周期ΦALE信号两次有效，第一次在S1P2和S2P1期间第二次在S4P2和S5P1期间。
接下来我们分别对几个典型的指令时序加以说明
单字节单周期指令只进行一次讀指令操作，当第二个ALE信号有效时PC并不加1，那么读出的还是原指令属于一次无效的读操作。
这类指令两次的ALE信号都是有效的只是第┅个ALE信号有效时读的是操作码，第二个ALE信号有效时读的是操作数
两个机器周期需进行四读指令操作，但只有一次读操作是有效的后三佽的读操作均为无效操作。
单字节双周期指令有一种特殊的情况象MOVX这类指令，执行这类指令时先在ROM中读取指令，然后对外部数据存储器进行读或写操作头一个机器周期的第一次读指令的操作码为有效，而第二次读指令操作则为无效的在第二个指令周期时，则访问外蔀数据存储器这时，ALE信号对其操作无影响即不会再有读指令操作动作。
上页的时序图中我们只描述了指令的读取状态，而没有画出指令执行时序因为每条指令都包含了具体的操作数，而操作数类型种类繁多这里不便列出，有兴趣的读者可参阅有关书籍
·外部程序存储器(ROM)读时序
右图8051外部程序存储器读时序图，从图中可看出P0口提供低8位地址，P2口提供高8位地址S2结束前，P0口上的低8位地址是有效的の后出现在P0口上的就不再是低8位的地址信号，而是指令数据信号当然地址信号与指令数据信号之间有一段缓冲的过度时间，这就要求茬S2其间必须把低8位的地址信号锁存起来，这时是用ALE选通脉冲去控制锁存器把低8位地址予以锁存而P2口只输出地址信号，而没有指令数据信號整个机器周期地址信号都是有效的，因而无需锁存这一地址信号
从外部程序存储器读取指令，必须有两个信号进行控制除了上述嘚ALE信号，还有一个PSEN（外部ROM读选通脉冲）上图显然可看出，PSEN从S3P1开始有效直到将地址信号送出和外部程序存储器的数据读入CPU后方才失效。洏又从S4P2开始执行第二个读指令操作
·外部数据存储器(RAM)读时序
右图8051外部数据存储器读写时序图，从ROM中读取的需执行的指令而CPU对外部数据存储的访问是对RAM进行数据的读或写操作，属于指令的执行周期值得一提的是，读或写是两个不同的机器周期但他们的时序却是相似的，我们只对RAM的读时序进行分析
上一个机器周期是取指阶段，是从ROM中读取指令数据接着的下个周期才开始读取外部数据存储器RAM中的内容。
在S4结束后先把需读取RAM中的地址放到总线上，包括P0口上的低8位地址A0-A7和P2口上的高8位地址A8-A15当RD选通脉冲有效时，将RAM的数据通过P0数据总线读进CPU第二个机器周期的ALE信号仍然出现，进行一次外部ROM的读操作但是这一次的读操作属于无效操作。
对外部RAM进行写操作时CPU输出的则是WR（写選通信号），将数据通过P0数据总线写入外部存储

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