单片机MCS-51的时序及时钟电路

2023-11-17 理论教育版权反馈

【摘要】：MCS-51的时序定时单位共有4个，从小到大依次是节拍、状态、机器周期和指令周期。图2－10外部方式时钟电路图由图2－11可知，ALE引脚上出现的信号是周期性的，在每个机器周期内出现两次高电平。单周期指令的执行始于S1P2，这时操作码被锁存到指令寄存器内。图2－11给出了单字节双周期指令的时序，两个机器周期内进行4次读操作码操作。图2－11MCS-51的取指／执行时序图

单片机总是按照一定的时钟节拍与时序工作。时序是指CPU在执行指令过程中，CPU的控制器所发出的一系列特定的控制信号在时间上的相互关系。时序是用定时单位来说明的。

MCS-51的时序定时单位共有4个，从小到大依次是节拍、状态、机器周期和指令周期。

1．节拍与状态

把振荡脉冲的周期定义为节拍（用P表示）。振荡脉冲经过二分频后，就是单片机的时钟信号的周期，定义为状态（用S表示）。这样，一个状态就包含两个节拍，其前半周期对应的节拍称为节拍1（P1），后半周期对应的节拍称节拍2（P2）。

2．机器周期

MCS-51单片机采用同步控制方式，因此它有固定的机器周期。一个机器周期的宽度为6个状态，并依次表示为S1～S6。由于一个状态又包括两个节拍，因此一个机器周期总共有12个节拍，分别记作S1P1，S1P2，…，S6P2。由于一个机器周期共有12个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的十二分频。

当振荡脉冲频率为12 MHz时，一个机器周期为1μs；当振荡脉冲频率为6 MHz时，一个机器周期为2μs。

3．指令周期

执行一条指令所需要的时间称为指令周期。不同的指令所需要的机器周期数也不相同，通常分为包含一个机器周期的单周期指令，包含两个机器周期的双周期指令和包含4个机器周期的四机器周期指令。四周期指令只有乘法和除法两条指令，其余均为单周期和双周期指令。指令的运算速度与指令所包含的机器周期有关，机器周期数越少的指令执行速度越快。(www.chuimin.cn)

单片机执行任何一条指令时都可以分为取指令阶段和执行指令阶段。MCS-51的取指／执行时序如图2－11所示。

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图2－10　外部方式时钟电路图

由图2－11可知，ALE引脚上出现的信号是周期性的，在每个机器周期内出现两次高电平。第一次出现在S1P2和S2P1期间，第二次出现在S4P2和S5P1期间。ALE信号每出现一次，CPU就进行一次取指操作，但由于不同指令的字节数和机器周期数不同，因此取指令操作也随指令不同而有小的差异。

按照指令字节数和机器周期数，8051的111条指令可分为6类，分别是单字节单周期指令、单字节双周期指令、单字节四周期指令、双字节单周期指令、双字节双周期指令和三字节双周期指令。

图2－11（a）（b）分别给出了单字节单周期和双字节单周期指令的时序。单周期指令的执行始于S1P2，这时操作码被锁存到指令寄存器内。若是双字节，则在同一机器周期的S4读第二字节。若是单字节指令，则在S4仍有读操作，但被读入的字节无效，且程序计数器PC并不增量。图2－11（c）给出了单字节双周期指令的时序，两个机器周期内进行4次读操作码操作。因为是单字节指令，所以后三次读操作都是无效的。

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图2－11　MCS-51的取指／执行时序图

单片机MCS-51的时序及时钟电路

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