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51单片机的工作过程

目录

一、51单片机的总线结构​

(一)地址总线(AB)

(二)数据总线(DB)

(三)控制总线(CB)

二、51 单片机的工作过程​

第一步:取指令​

第二步:指令译码​

第三步:执行指令​


一、51单片机的总线结构​

(一)地址总线(AB)

        地址总线用于传送单片机访问存储器或 I/O 端口的地址信息

        51 单片机的地址总线为 16 位,这意味着它可以寻址的范围为 2^{16} B= 64KB。

        例如,当 CPU 要从只读存储器(ROM)中读取某条指令时,会通过地址总线将指令所在的地址发送出去,只读存储器(ROM)根据这个地址找到对应的指令并将其输出。

       同样,在访问外部数据存储器或I/O端口时,也通过地址总线指定要访问的具体单元地址。​

(二)数据总线(DB)

        数据总线负责在单片机的各个部件之间传输数据

        其位数与单片机的字长相关,51 单片机是 8 位机,所以数据总线为 8 位。

        在执行指令过程中,无论是从存储器读取数据到 CPU,还是将 CPU 运算结果写入存储器或输出到 I/O 端口都要通过数据总线进行数据传输

        比如,当执行“MOV A, 30H”指令时,数据总线会将地址为30H的单元中的数据传送到累加器 A 中。​

(三)控制总线(CB)

        控制总线用于传输各种控制信号,协调单片机各部件的工作。

        它包含多个控制信号,如读信号(RD)、写信号(WR)、ALE(地址锁存允许)等。

        ALE 信号在访问外部存储器时,用于锁存低 8 位地址;RD 和 WR 信号分别控制对存储器或 I/O 端口的读、写操作。

        例如,当 CPU 要从外部数据存储器读取数据时,会发出 RD 信号,同时通过地址总线给出要读取的地址,数据存储器根据这些信号,将对应地址单元的数据通过数据总线传送给 CPU。​

二、51 单片机的工作过程​

第一步:取指令​

        单片机的工作从取指令开始。

        程序计数器(PC)中存储着当前要执行的指令在程序存储器中的地址。单片机首先根据 PC 的值,从程序存储器中读取对应的指令。

        例如,假设 PC 的值为 0x0000,那么单片机就会从程序存储器地址 0x0000 处读取指令。

        读取完指令后,PC 会自动增加,指向下一条要执行的指令地址。如果当前指令是单字节指令,PC 加 1;如果是双字节指令,PC 加 2;若是三字节指令,PC 加 3。​

第二步:指令译码​

        读取到的指令是一串二进制代码,单片机需要对其进行译码,理解指令的含义。

        译码电路会根据指令的操作码部分,识别出该指令要执行的操作,比如是进行数据传送、算术运算还是控制跳转等。

        例如,操作码 0x74 表示立即数赋值指令,当译码电路识别到该操作码后,就知道接下来要将指令中的操作数赋值给指定的寄存器。​

第三步:执行指令​

        根据译码的结果,单片机执行相应的操作。

        如果是数据传送指令,就将数据从源地址传送到目标地址;若是算术运算指令,在运算器中进行相应的运算,并将结果存储到指定位置。

        例如,执行加法指令“ADD A, R0”时,单片机将累加器 A 中的值与寄存器 R0 中的值相加,然后将结果存回累加器 A 中。

        在执行指令过程中,可能会涉及到对存储器、I/O 端口等部件的访问和操作。​

接着循环往复......

        单片机不断重复取指令指令译码执行指令这三个步骤,直到程序结束或遇到停机指令。

        正是通过这样周而复始的工作过程,单片机能够有条不紊地完成各种复杂的任务,实现多样化的功能。


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