80C51單片機(jī)工作原理分析

使用ALE信號(hào)作為低8位地址的鎖存控制信號(hào)。ALE接到外部鎖存器時(shí)，高電平期間，51的p0輸出地址，低電平時(shí)鎖存器將地址鎖存，在ALE低電平時(shí)，(PSEN為低)p0口可以傳輸數(shù)據(jù)(指令)，這樣就可以地址/數(shù)據(jù)復(fù)用了。

以PSEN信號(hào)作為擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，在讀外部ROM是PSEN是低電平有效，以實(shí)現(xiàn)對(duì)ROM的讀操作。

以EA信號(hào)作為內(nèi)外程序存儲(chǔ)器的選擇控制信號(hào)，當(dāng)其為低電平時(shí),對(duì)ROM的讀操作限定在外部的程序存儲(chǔ)器,當(dāng)其為高電平時(shí),對(duì)ROM的讀操作是從內(nèi)部存儲(chǔ)器開(kāi)始的,并可延至外部程序存儲(chǔ)器.

由RD和WR信號(hào)作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O口的讀選通、寫選通信號(hào)。

EA信號(hào)是表示是當(dāng)前指令是讀內(nèi)，還是外存儲(chǔ)器的控制信號(hào)。如：當(dāng)選用無(wú)片內(nèi)存儲(chǔ)器的單片機(jī)，或者不打算用片內(nèi)存儲(chǔ)器時(shí)，EA必須接低電平，此外，片外程序存儲(chǔ)器的起始地址應(yīng)該安排在片內(nèi)存儲(chǔ)器之后。

RD和WR信號(hào)就相對(duì)好理解，就是當(dāng)讀數(shù)據(jù)時(shí)(不分內(nèi)外、RAM、ROM)它就有效。WR也是這樣的。

80C51單片機(jī)指令的取指、執(zhí)行時(shí)序

現(xiàn)按4類指令介紹CPU時(shí)序。因?yàn)镃PU工作的過(guò)程就是取指令與執(zhí)行指令的過(guò)程，所以CPU必須先取出指令，然后才能執(zhí)行指令。

1.雙字節(jié)單周期指令

由于雙字節(jié)單周期指令必須在一個(gè)周期內(nèi)取機(jī)器碼二次，所以必須在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)安排二次讀操作碼的操作，分別發(fā)生在S1P2與S4P2。在S1P2讀入機(jī)器碼74并送入指令寄存器IR，在S4P2讀入數(shù)據(jù)03送入累加器A，即讀2取2。在指令的執(zhí)行過(guò)程中，P0口要分時(shí)傳送地址與數(shù)據(jù)，因此當(dāng)操作碼的地址從P0口輸出后，必須發(fā)地址鎖存信號(hào)ALE給74LS373鎖存器，將地址鎖存在74LS373內(nèi)，騰出P0口讀入機(jī)器碼74。在取數(shù)據(jù)03時(shí)同樣要發(fā)ALE信號(hào)。因此，在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)地址鎖存信號(hào)二次有效，見(jiàn)80C51時(shí)序圖2-13。

2.單字節(jié)單周期指令

對(duì)單字節(jié)單周期指令，由于操作碼只有一個(gè)字節(jié)，因此第一次讀操作碼有效，而第二次讀的操作碼將被丟棄，即：讀1丟1，且程序計(jì)數(shù)器PC不加1。

3.單字節(jié)雙周期指令

對(duì)單字節(jié)雙周期指令，由于操作碼只有一個(gè)字節(jié)，而執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2個(gè)機(jī)器周期，因此除第1次讀操作碼有效外，其余三次讀的操作碼均被放棄，即：讀1丟3。

4.訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器指令MOVX

執(zhí)行訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器指令MOVX時(shí)，首先從程序存儲(chǔ)器中取出指令，然后從外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中取出數(shù)據(jù)，因此該指令執(zhí)行時(shí)序圖與前三類指令不同。由于MOVX是單字節(jié)雙周期指令，所以在取指令階段(即第一個(gè)機(jī)器周期的S1P1到S4P2)是讀1丟1，而在執(zhí)行指令讀數(shù)據(jù)階段(即第一個(gè)機(jī)器周期的S5到第二個(gè)機(jī)器周期的S3)所完成的操作如下：

(1)先將外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的地址ADDR由DPTR從P0與P2口輸出，即時(shí)序圖中的S5P1到S6P2階段。并在S4P2到S5P2階段，發(fā)ALE信號(hào)將地址鎖存。

(2)在第二個(gè)機(jī)器周期S1P2到S2P2內(nèi)取消ALE與程序選通信號(hào)PSEN(即取消取指操作)，使P0口專門用于傳送數(shù)據(jù)。同時(shí)發(fā)讀信號(hào)，通過(guò)P0口將外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)傳送到累加器A中。即：時(shí)序圖的S6P2到S4P1階段。

(3)由于鎖存的地址為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的地址，所以在第二個(gè)機(jī)器周期S4取消取指令的操作，即：不再發(fā)程序選通信號(hào)PSEN。

注：由于執(zhí)行MOVX指令時(shí)，在第二個(gè)機(jī)器周期中要少發(fā)一次ALE信號(hào)，所以ALE的頻率是不穩(wěn)定的。