MCS-51單片機(jī)的指令時(shí)序

時(shí)序是用定時(shí)單位來描述的，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(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(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(gè)不等的機(jī)器周期（這些內(nèi)容，我們將在下面的章節(jié)中加以說明）。

MCS-51的指令時(shí)序：
MCS-51指令系統(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(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。
接下來我們分別對幾個(gè)典型的指令時(shí)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€(gè)ALE信號(hào)有效時(shí)，PC并不加1，那么讀出的還是原指令，屬于一次無效的讀操作。
• 雙字節(jié)單周期指令：
  這類指令兩次的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)。
• 單字節(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(shí)，先在ROM中讀取指令，然后對外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀或?qū)懖僮?，頭一個(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效的。在第二個(gè)指令周期時(shí)，則訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這時(shí)，ALE信號(hào)對其操作無影響，即不會(huì)再有讀指令操作動(dòng)作。

上頁的時(shí)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(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。