MCS-51單片機(jī)的指令時(shí)序
時(shí)序是用定時(shí)單位來(lái)描述的,mcs-51的時(shí)序單位有四個(gè),它們分別是節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期,接下來(lái)我們分別加以說(shuō)明?! す?jié)拍與狀態(tài): 我們把振蕩脈沖的周期定義為節(jié)拍(為方便描述,用p表示),振蕩脈沖經(jīng)過(guò)二分頻后即得到整個(gè)單片機(jī)工作系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào),把時(shí)鐘信號(hào)的周期定義為狀態(tài)(用s表示),這樣一個(gè)狀態(tài)就有兩個(gè)節(jié)拍,前半周期相應(yīng)的節(jié)拍我們定義為1(p1),后半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍定義為2(p2)?! C(jī)器周期: ?。恚悖螅担庇泄潭ǖ臋C(jī)器周期,規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期有6個(gè)狀態(tài),分別表示為s1-s6,而一個(gè)狀態(tài)包含兩個(gè)節(jié)拍,那么一個(gè)機(jī)器周期就有12個(gè)節(jié)拍,我們可以記著s1p1、s1p2……s6p1、s6p2,一個(gè)機(jī)器周期共包含12個(gè)振蕩脈沖,即機(jī)器周期就是振蕩脈沖的12分頻,顯然,如果使用6mhz的時(shí)鐘頻率,一個(gè)機(jī)器周期就是2us,而如使用12mhz的時(shí)鐘頻率,一個(gè)機(jī)器周期就是1us。 ·指令周期: 執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間稱(chēng)為指令周期,mcs-51的指令有單字節(jié)、雙字節(jié)和三字節(jié)的,所以它們的指令周期不盡相同,也就是說(shuō)它們所需的機(jī)器周期不相同,可能包括一到四個(gè)不等的機(jī)器周期(這些內(nèi)容,我們將在下面的章節(jié)中加以說(shuō)明)?! ぃ恚悖螅担钡闹噶顣r(shí)序: ?。恚悖螅担敝噶钕到y(tǒng)中,按它們的長(zhǎng)度可分為單字節(jié)指令、雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令。執(zhí)行這些指令需要的時(shí)間是不同的,也就是它們所需的機(jī)器周期是不同的,有下面幾種形式: ·單字節(jié)指令單機(jī)器周期 ·單字節(jié)指令雙機(jī)器周期 ·雙字節(jié)指令單機(jī)器周期 ·雙字節(jié)指令雙機(jī)器周期 ·三字節(jié)指令雙機(jī)器周期 ·單字節(jié)指令四機(jī)器周期(如單字節(jié)的乘除法指令) 下圖是mcs-51系列單片機(jī)的指令時(shí)序圖: 上圖是單周期和雙周期取指及執(zhí)行時(shí)序,圖中的ale脈沖是為了鎖存地址的選通信號(hào),顯然,每出現(xiàn)一次該信號(hào)單片機(jī)即進(jìn)行一次讀指令操作。從時(shí)序圖中可看出,該信號(hào)是時(shí)鐘頻率6分頻后得到,在一個(gè)機(jī)器周期中,ale信號(hào)兩次有效,第一次在s1p2和s2p1期間,第二次在s4p2和s5p1期間?! 〗酉聛?lái)我們分別對(duì)幾個(gè)典型的指令時(shí)序加以說(shuō)明?! 巫止?jié)單周期指令: 單字節(jié)單周期指令只進(jìn)行一次讀指令操作,當(dāng)?shù)诙€(gè)ale信號(hào)有效時(shí),pc并不加1,那么讀出的還是原指令,屬于一次無(wú)效的讀操作?! るp字節(jié)單周期指令: 這類(lèi)指令兩次的ale信號(hào)都是有效的,只是第一個(gè)ale信號(hào)有效時(shí)讀的是操作碼,第二個(gè)ale信號(hào)有效時(shí)讀的是操作數(shù)?! 巫止?jié)雙周期指令: 兩個(gè)機(jī)器周期需進(jìn)行四讀指令操作,但只有一次讀操作是有效的,后三次的讀操作均為無(wú)效操作?! 巫止?jié)雙周期指令有一種特殊的情況,象movx這類(lèi)指令,執(zhí)行這類(lèi)指令時(shí),先在rom中讀取指令,然后對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳎^一個(gè)機(jī)器周期的第一次讀指令的操作碼為有效,而第二次讀指令操作則為無(wú)效的。在第二個(gè)指令周期時(shí),則訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,這時(shí),ale信號(hào)對(duì)其操作無(wú)影響,即不會(huì)再有讀指令操作動(dòng)作。 上頁(yè)的時(shí)序圖中,我們只描述了指令的讀取狀態(tài),而沒(méi)有畫(huà)出指令執(zhí)行時(shí)序,因?yàn)槊織l指令都包含了具體的操作數(shù),而操作數(shù)類(lèi)型種類(lèi)繁多,這里不便列出,有興趣的讀者可參閱有關(guān)書(shū)籍?! ね獠砍绦虼鎯?chǔ)器(rom)讀時(shí)序 右圖8051外部程序存儲(chǔ)器讀時(shí)序圖,從圖中可看出,p0口提供低8位地址,p2口提供高8位地址,s2結(jié)束前,p0口上的低8位地址是有效的,之后出現(xiàn)在p0口上的就不再是低8位的地址信號(hào),而是指令數(shù)據(jù)信號(hào),當(dāng)然地址信號(hào)與指令數(shù)據(jù)信號(hào)之間有一段緩沖的過(guò)度時(shí)間,這就要求,在s2其間必須把低8位的地址信號(hào)鎖存起來(lái),這時(shí)是用ale選通脈沖去控制鎖存器把低8位地址予以鎖存,而p2口只輸出地址信號(hào),而沒(méi)有指令數(shù)據(jù)信號(hào),整個(gè)機(jī)器周期地址信號(hào)都是有效的,因而無(wú)需鎖存這一地址信號(hào)。 從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令,必須有兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行控制,除了上述的ale信號(hào),還有一個(gè)psen(外部rom讀選通脈沖),上圖顯然可看出,psen從s3p1開(kāi)始有效,直到將地址信號(hào)送出和外部程序存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀入cpu后方才失效。而又從s4p2開(kāi)始執(zhí)行第二個(gè)讀指令操作?! ね獠繑?shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)讀時(shí)序 右圖8051外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)時(shí)序圖,從rom中讀取的需執(zhí)行的指令,而cpu對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的訪問(wèn)是對(duì)