MCS-51單片機(jī)的指令時序
發(fā)布時間:2008/9/1 0:00:00 訪問次數(shù):837
時序是用定時單位來描述的,mcs-51的時序單位有四個,它們分別是節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期,接下來我們分別加以說明。
·節(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)過二分頻后即得到整個單片機(jī)工作系統(tǒng)的時鐘信號,把時鐘信號的周期定義為狀態(tài)(用s表示),這樣一個狀態(tài)就有兩個節(jié)拍,前半周期相應(yīng)的節(jié)拍我們定義為1(p1),后半周期對應(yīng)的節(jié)拍定義為2(p2)。
·機(jī)器周期:
mcs-51有固定的機(jī)器周期,規(guī)定一個機(jī)器周期有6個狀態(tài),分別表示為s1-s6,而一個狀態(tài)包含兩個節(jié)拍,那么一個機(jī)器周期就有12個節(jié)拍,我們可以記著s1p1、s1p2……s6p1、s6p2,一個機(jī)器周期共包含12個振蕩脈沖,即機(jī)器周期就是振蕩脈沖的12分頻,顯然,如果使用6mhz的時鐘頻率,一個機(jī)器周期就是2us,而如使用12mhz的時鐘頻率,一個機(jī)器周期就是1us。
·指令周期:
執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期,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,也就是說它們所需的機(jī)器周期不相同,可能包括一到四個不等的機(jī)器周期(這些內(nèi)容,我們將在下面的章節(jié)中加以說明)。
·mcs-51的指令時序:
。恚悖螅担敝噶钕到y(tǒng)中,按它們的長度可分為單字節(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)的指令時序圖:
上圖是單周期和雙周期取指及執(zhí)行時序,圖中的ale脈沖是為了鎖存地址的選通信號,顯然,每出現(xiàn)一次該信號單片機(jī)即進(jìn)行一次讀指令操作。從時序圖中可看出,該信號是時鐘頻率6分頻后得到,在一個機(jī)器周期中,ale信號兩次有效,第一次在s1p2和s2p1期間,第二次在s4p2和s5p1期間。
接下來我們分別對幾個典型的指令時序加以說明。
·單字節(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)诙䝼ale信號有效時,pc并不加1,那么讀出的還是原指令,屬于一次無效的讀操作。
·雙字節(jié)單周期指令:
這類指令兩次的ale信號都是有效的,只是第一個ale信號有效時讀的是操作碼,第二個ale信號有效時讀的是操作數(shù)。
·單字節(jié)雙周期指令:
兩個機(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效操作。
單字節(jié)雙周期指令有一種特殊的情況,象movx這類指令,執(zhí)行這類指令時,先在rom中讀取指令,然后對外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀或?qū)懖僮,頭一個機(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效的。在第二個指令周期時,則訪問外部數(shù)據(jù)存儲器,這時,ale信號對其操作無影響,即不會再有讀指令操作動作。
上頁的時序圖中,我們只描述了指令的讀取狀態(tài),而沒有畫出指令執(zhí)行時序,因為每條指令都包含了具體的操作數(shù),而操作數(shù)類型種類繁多,這里不便列出,有興趣的讀者可參閱有關(guān)書籍。
·外部程序存儲器(rom)讀時序
右圖8051外部程序存儲器讀時序圖,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,而是指令數(shù)據(jù)信號,當(dāng)然地址信號與指令數(shù)據(jù)信號之間有一段緩沖的過度時間,這就要求,在s2其間必須把低8位的地址信號鎖存起來,這時是用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,而沒有指令數(shù)據(jù)信號,整個機(jī)器周期地址信號都是有效的,因而無需鎖存這一地址信號。
從外部程序存儲器讀取指令,必須有兩個信號進(jìn)行控制,除了上述的ale信號,還有一個psen(外部rom讀選通脈沖),上圖顯然可看出,psen從s3p1開始有效,直到將地址信號送出和外部程序存儲器的數(shù)據(jù)讀入cpu后方才失效。而又從s4p2開始執(zhí)行第二個讀指令操作。
·外部數(shù)據(jù)存儲器(ram)讀時序
右圖8051外部數(shù)據(jù)存儲器讀寫時序圖,從rom中讀取的需執(zhí)行的指令,而cpu對外部數(shù)據(jù)存儲的訪問是對
時序是用定時單位來描述的,mcs-51的時序單位有四個,它們分別是節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期,接下來我們分別加以說明。
·節(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)過二分頻后即得到整個單片機(jī)工作系統(tǒng)的時鐘信號,把時鐘信號的周期定義為狀態(tài)(用s表示),這樣一個狀態(tài)就有兩個節(jié)拍,前半周期相應(yīng)的節(jié)拍我們定義為1(p1),后半周期對應(yīng)的節(jié)拍定義為2(p2)。
·機(jī)器周期:
。恚悖螅担庇泄潭ǖ臋C(jī)器周期,規(guī)定一個機(jī)器周期有6個狀態(tài),分別表示為s1-s6,而一個狀態(tài)包含兩個節(jié)拍,那么一個機(jī)器周期就有12個節(jié)拍,我們可以記著s1p1、s1p2……s6p1、s6p2,一個機(jī)器周期共包含12個振蕩脈沖,即機(jī)器周期就是振蕩脈沖的12分頻,顯然,如果使用6mhz的時鐘頻率,一個機(jī)器周期就是2us,而如使用12mhz的時鐘頻率,一個機(jī)器周期就是1us。
·指令周期:
執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期,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,也就是說它們所需的機(jī)器周期不相同,可能包括一到四個不等的機(jī)器周期(這些內(nèi)容,我們將在下面的章節(jié)中加以說明)。
·mcs-51的指令時序:
。恚悖螅担敝噶钕到y(tǒng)中,按它們的長度可分為單字節(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)的指令時序圖:
上圖是單周期和雙周期取指及執(zhí)行時序,圖中的ale脈沖是為了鎖存地址的選通信號,顯然,每出現(xiàn)一次該信號單片機(jī)即進(jìn)行一次讀指令操作。從時序圖中可看出,該信號是時鐘頻率6分頻后得到,在一個機(jī)器周期中,ale信號兩次有效,第一次在s1p2和s2p1期間,第二次在s4p2和s5p1期間。
接下來我們分別對幾個典型的指令時序加以說明。
·單字節(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)诙䝼ale信號有效時,pc并不加1,那么讀出的還是原指令,屬于一次無效的讀操作。
·雙字節(jié)單周期指令:
這類指令兩次的ale信號都是有效的,只是第一個ale信號有效時讀的是操作碼,第二個ale信號有效時讀的是操作數(shù)。
·單字節(jié)雙周期指令:
兩個機(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效操作。
單字節(jié)雙周期指令有一種特殊的情況,象movx這類指令,執(zhí)行這類指令時,先在rom中讀取指令,然后對外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀或?qū)懖僮,頭一個機(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效的。在第二個指令周期時,則訪問外部數(shù)據(jù)存儲器,這時,ale信號對其操作無影響,即不會再有讀指令操作動作。
上頁的時序圖中,我們只描述了指令的讀取狀態(tài),而沒有畫出指令執(zhí)行時序,因為每條指令都包含了具體的操作數(shù),而操作數(shù)類型種類繁多,這里不便列出,有興趣的讀者可參閱有關(guān)書籍。
·外部程序存儲器(rom)讀時序
右圖8051外部程序存儲器讀時序圖,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,而是指令數(shù)據(jù)信號,當(dāng)然地址信號與指令數(shù)據(jù)信號之間有一段緩沖的過度時間,這就要求,在s2其間必須把低8位的地址信號鎖存起來,這時是用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,而沒有指令數(shù)據(jù)信號,整個機(jī)器周期地址信號都是有效的,因而無需鎖存這一地址信號。
從外部程序存儲器讀取指令,必須有兩個信號進(jìn)行控制,除了上述的ale信號,還有一個psen(外部rom讀選通脈沖),上圖顯然可看出,psen從s3p1開始有效,直到將地址信號送出和外部程序存儲器的數(shù)據(jù)讀入cpu后方才失效。而又從s4p2開始執(zhí)行第二個讀指令操作。
·外部數(shù)據(jù)存儲器(ram)讀時序
右圖8051外部數(shù)據(jù)存儲器讀寫時序圖,從rom中讀取的需執(zhí)行的指令,而cpu對外部數(shù)據(jù)存儲的訪問是對
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