80C51单片机指令的取指、执行时序

使用ALE信号作为低8位地址的锁存控制信号。ALE接到外部锁存器时，高电平期间，51的p0输出地址，低电平时锁存器将地址锁存，在ALE低电平时，(PSEN为低)p0口可以传输数据(指令)，这样就可以地址/数据复用了。

以PSEN信号作为扩展程序存储器的读选通信号，在读外部ROM是PSEN是低电平有效，以实现对ROM 的读操作。

以EA信号作为内外程序存储器的选择控制信号，当其为低电平时,对ROM的读操作限定在外部的程序存储器,当其为高电平时, 对ROM的读操作是从内部存储器开始的,并可延至外部程序存储器.

由RD和WR信号作为扩展数据存储器和I/O口的读选通、写选通信号。

EA信号是表示是当前指令是读内，还是外存储器的控制信号。如：当选用无片内存储器的单片机，或者不打算用片内存储器时，EA必须接低电平，此外，片外程序存储器的起始地址应该安排在片内存储器之后。

RD和WR信号就相对好理解，就是当读数据时(不分内外、RAM、ROM)它就有效。WR也是这样的。

80C51单片机指令的取指、执行时序

现按4类指令介绍CPU时序。因为CPU工作的过程就是取指令与执行指令的过程，所以CPU必须先取出指令，然后才能执行指令。

1.双字节单周期指令

由于双字节单周期指令必须在一个周期内取机器码二次，所以必须在一个机器周期内安排二次读操作码的操作，分别发生在S1P2与S4P2。在S1P2读入机器码74并送入指令寄存器IR，在S4P2读入数据03送入累加器A，即读2取2。在指令的执行过程中，P0口要分时传送地址与数据，因此当操作码的地址从P0口输出后，必须发地址锁存信号ALE给74LS373锁存器，将地址锁存在74LS373内，腾出P0口读入机器码74。在取数据03时同样要发ALE信号。因此，在一个机器周期内地址锁存信号二次有效，见80C51时序图2-13。

2.单字节单周期指令

对单字节单周期指令，由于操作码只有一个字节，因此第一次读操作码有效，而第二次读的操作码将被丢弃，即：读1丢1，且程序计数器PC不加1。

3.单字节双周期指令

对单字节双周期指令，由于操作码只有一个字节，而执行时间长达2个机器周期，因此除第1次读操作码有效外，其余三次读的操作码均被放弃，即：读1丢3。

4.访问外部存储器指令MOVX

执行访问外部存储器指令MOVX时，首先从程序存储器中取出指令，然后从外部数据存储器中取出数据，因此该指令执行时序图与前三类指令不同。由于MOVX是单字节双周期指令，所以在取指令阶段(即第一个机器周期的S1P1到S4P2)是读1丢1，而在执行指令读数据阶段(即第一个机器周期的S5到第二个机器周期的S3)所完成的操作如下：

(1)先将外部数据存储单元的地址ADDR由DPTR从P0与P2口输出，即时序图中的S5P1到S6P2阶段。并在S4P2到S5P2阶段，发ALE信号将地址锁存。

(2)在第二个机器周期S1P2到S2P2内取消ALE与程序选通信号PSEN (即取消取指操作)，使P0口专门用于传送数据。同时发读信号，通过P0口将外部数据存储单元中的数据传送到累加器A中。即：时序图的S6P2到S4P1阶段。

(3)由于锁存的地址为外部数据存储单元的地址，所以在第二个机器周期S4取消取指令的操作，即：不再发程序选通信号PSEN 。

注：由于执行MOVX指令时，在第二个机器周期中要少发一次ALE信号，所以ALE的频率是不稳定的。

扩展阅读：MCS-51单片机的指令时序