1.MCS-51的取指/执行时序

每一条指令的执行都可以包括取指和执行两个阶段。在取指阶段，CPU从内部或外部ROM中取出指令操作码及操作数，然后再在执行阶段执行这条指令的逻辑功能。对于绝大部分指令，在整个指令执行过程中，ALE信号是周期性的信号，如图2-17所示。在每个机器周期中ALE信号出现两次，出现的时刻为S1P2和S4P2，信号的有效宽度为一个状态。每出现一次ALE信号，CPU就进行一次取指操作。对于不同的指令，由于字节数和机器周期数的不同，所以具体的取指操作有所不同。

对于MCS-51来说，有1字节1周期指令，1字节2周期指令，1字节4周期指令，2字节1周期指令，2字节2周期指令，以及3字节2周期指令。而ALE信号是每个机器周期出现两次，因此，并不是对每种指令，出现ALE信号时都会有效地取指令码。例如，对1字节1周期指令，只需读一次操作码。当第二个ALE信号出现时，在S4期间仍然有一个读指令码的操作。但程序计数器PC没有加1，所以读入的仍是原有指令字节，因此实际是一种无效的读取，如图2-17所示。类似情况也出现在1字节2周期等情况，而对于2字节1周期指令，则每次ALE信号都真正读一次有效的指令码，如图2-17所示。

图2-17　MCS-51单片机的取指/执行时序

（a）1字节1周期指令；（b）2字节1周期指令；（c）1字节2周期指令；（d）MOVX指令（1周期2字节）

以上情况有一种例外：当执行对外部数据RAM读写（即执行MOVX类指令）时，ALE不是周期性的（见访问外部RAM时序）。在其他情况下，ALE信号作为一种周期信号，可以给其他外部设备作时钟使用。

2.访问外部ROM和外部RAM的时序

（1）访问外部ROM的时序

如果指令是从外部程序ROM中读取，除了ALE信号外，控制信号还有PSEN，此外，还要用到P0和P2：P0口分时用作低8位地址和数据总线，P2口用作高8位地址线。相应的时序如图2-18所示。图2-18（a）是没有访问外部RAM，即没有执行MOVX类指令情况下的时序，图2-18（b）是发生访问外部RAM操作时的时序。其过程如下：

1）在S1P2时ALE信号有效。

2）在P0口送出ROM地址低8位，在P2口送出ROM地址高8位。A0～A7只持续到S2结束，因此在外部要用锁存器加以锁存。用ALE作为锁存信号。A8～A15在整个读指令过程都有效，不必再接锁存器。在S2P2时ALE失效。

3）在S3P1时刻有效，用它来选通外部ROM的使能端。所选中的ROM单元的内容，即指令，从P0口读入到CPU，然后失效。(www.daowen.com)

4）在S4P2后开始第二次读入，过程与第一次相同。

（2）访问外部RAM的时序

访问外部数据RAM的时序，对于使用者也是重要的。这里包括RAM中读和写两种时序，但基本过程是相同的。这时所用的控制信号有ALE和（读）或（写）。

图2-18　访问外部程序寄存器的操作时序

（a）不执行MOVX指令时的时序；（b）执行MOVX指令的时序

P0口仍然要用，在取指令阶段用来传送低8位ROM地址和指令，而在执行阶段，传送RAM地址和读写的数据。在执行“MOVX A，＠DPTR”和“MOVX＠DPTR，A”时，还要用到P2口用于输出高8位地址，而在执行“MOVX A，＠Ri”和“MOVX＠Ri，A”时，就可不用P2口。它们都是1字节2周期指令。其过程如下：

1）在第一次ALE有效到第二次ALE有效之间的过程，是和读外部程序ROM过程一样的，即P0口送出ROM单元低8位地址，P2口送出ROM高8位地址，然后在有效后，读入ROM单元的内容（即取指令阶段）。

2）第二次ALE有效后，P0送出RAM单元的低8位地址（Ri或DPL的内容），P2口在执行MOVX A，＠DPTR”或“MOVX＠DPTR，A”时，送出RAM高8位地址（DPH的内容）。而在执行“MOVX A，＠Ri”或“MOVX＠Ri，A”时，就不用P2口。以后将可以看到，这种地址也可以用间接的方式给出。

3）在第二个机器周期的第一次ALE信号不再出现，此时也无效（保持高电平），而在第二个机器周期的S1P1时，读信号或写信号开始有效，可用来选通RAM芯片，然后从P0口读入RAM单元数据或写RAM单元数据。

4）第二个机器周期的第二次ALE信号仍然出现，也进行一次外部ROM的读操作，但仍属于无效的操作。

在对外部RAM进行读写时，ALE信号是用来对外加的地址锁存器进行选通的，但这时的ALE信号在出现两次之后，将停发一次，呈现非周期性，因而不能用来作为其他外设的定时信号。