《例说51单片机(C语言版)(第3版)》——1-4 MCS-51的时序分析与复位-阿里云开发者社区

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《例说51单片机(C语言版)(第3版)》——1-4 MCS-51的时序分析与复位

简介:

本节书摘来异步社区《例说51单片机(C语言版)(第3版)》一书中的第1章,第1.4节,作者:张义和,王敏男,许宏昌,余春长,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

1-4 MCS-51的时序分析与复位

例说51单片机(C语言版)(第3版)
在本单元里将介绍8x51的复位(RESET)与时序分析。

1-4-1 时序分析

时钟脉冲是微型计算机系统的基本信号,在1-2节里,我们曾经简单地介绍了8x51的时钟脉冲。不管是采用内部的振荡电路,或由外部的时钟脉冲产生电路提供的时钟脉冲,这个时钟脉冲将成为整个系统运行的根据。89C51的额定时钟脉冲为0到24MHz,表示只要不超过24MHz即可。而89S51的额定时钟脉冲为0到33MHz,表示只要不超过33MHz就不会有问题。当我们在设计电路时,是不是要使用其最高的频率呢?当然不是这样。若时钟脉冲的频率太高,可能会导致程序复杂、使用的CPU资源增大,“延迟函数”就是最明显的例子。

通常我们会挑选一个常用、容易买到(且便宜)的石英振荡晶体,而且程序不必刻意修改就能兼容,这里挑选最常用的12MHz时钟脉冲。

如图1-21所示为12MHz时钟脉冲的时序图,一个机器周期由6个状态周期(S1到S6)所构成,每个状态周期包括两个时钟脉冲(即P1、P2)。对于12MHz的时钟脉冲而言,一个脉冲的周期为1/12μs,一个机器周期包含12个时钟脉冲,也就是1μs。

在8x51的111条指令里,除了执行乘法与除法指令需要4个机器周期外,其余指令都能在1个或2个机器周期执行完毕。尽管如此,有些指令的长度为1B,有些为2B,还有少数指令为3B。对于不同的指令,CPU如何读取与执行呢?在此将结合图1-21简要说明。首先是地址锁存使能引脚ALE,每个机器周期送出两个脉冲(分别是在S1及S4时),以锁存P0输出的地址(A0~A7),CPU将进行读取存储器的动作。对于不同的指令类型,其动作分别说明如下。

1个机器周期、1B的指令,如CLR C指令,在S1时读取指令,在S6时执行完毕;而在S4时读取下条指令,但并不使用它,直到下个机器周期的S1时再重新读取下条指令。
1个机器周期、2B的指令,如INC direct指令,在S1时读取指令,在S4时读取第二个byte,在S6时执行完毕。在下个机器周期的S1时读取下条指令,以此类推。
2个机器周期、1B的指令,如RET指令,在S1时读取指令,而在S4及下个机器周期的S1、S4时分别读取下条指令,由于指令尚未执行完毕,所以这三个阶段的指令读取都会被放弃。直到第二个机器周期的S6,指令执行完毕后,CPU才会在第三个机器周期的S1重新读取下条指令,才是有效的读取。

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另外一种2个机器周期、1B的指令为存取外部存储器数据的指令,即MOVX指令。同样在第一个机器周期的S1时读取指令,而在S4时读取下条指令,当然也会被放弃。在S5时P0送出的A0到A7地址将被放入锁存器,而S6到下个机器周期的S3之间,由P0进行外部存储器的数据存取。由于进行外部存储器的存取,第二个机器周期的S1与S4并不进行读取指令的动作,直到第三个机器周期的S1时,才会重新读取下条指令。

1-4-2 复位

对于微型计算机系统而言,复位是一项很重要的归零动作。而8x51的复位是将高电平加到RESET引脚(第9脚)上,时间超过两个机器周期以上,也就是2μs。一般手动按8x51系统里的RESET按钮开关都会超过2μs,换言之,只要按RESET按钮,就一定会使系统复位。当系统复位时,CPU内部寄存器将回归初始状态(如表1-6所示),程序将从0000H处开始执行。

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