时序，简单地说就是在正确的时间做正确的事情。单片机指令时序是单片机指令执行的时间要求。由于单片机内部是基于数字逻辑电路运行的，这些数字逻辑电路需要在一个统一的时钟步调下运行，因此单片机的指令时序问题非常重要。

1.6.1 几个基本概念

单片机的时钟源由XTAL1引脚和XTAL2引脚输入，随后单片机的所有指令操作都建立在该时钟的基础之上。在介绍单片机指令的执行时，并没有采用原始的时钟周期进行度量，而是通过几个基本概念来说明。这里用到的概念从小到大分别为节拍、状态、机器周期和指令周期，这几个概念的关系如图1-14所示。

单片机的时序是用定时单位来描述的，其描述了指令执行中各控制信号在时间上的关系，这里涉及节拍、状态、机器周期和指令周期4个概念，接下来分别说明它们之间的关系，示意图如图1-14所示。

●拍：拍为振荡脉冲的周期，是51系列单片机中的最小时序单元。在图1-14中，拍用P来表示。如果采用片内时钟模式，拍（P）的周期便是晶振的振荡周期。如果采用片外时钟模式，拍（P）的周期便是外部时钟脉冲的周期。

●时钟周期：时钟周期是单片机CPU中最基本的时间单元，在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。振荡脉冲信号（拍）经过二分频后，便可得到单片机的时钟信号。在图1-14中，时钟信号的周期用S来表示。由于是二分频，因此一个时钟周期包含两个拍，分别称为P1和P2。

●机器周期：一个机器周期由6个时钟周期（S1～S6）构成，也就是由12个拍组成。从图1-14中可以看出，这12个拍依次为S1P1、S1P2、S2P1、……、S6P2。

●指令周期：指令周期执行一条指令所需要的时间。不同的指令有不同的指令周期，例如单周期指令执行需要一个机器周期，双周期指令执行需要两个机器周期。

简言之，在单片机内部，振荡器始终驱动内部时钟发生器向CPU提供时钟信号。时钟发生器的输入是一个二分频触发器，这个二分频触发器为单片机提供了一个二相时钟信号，即相位信号P1和相位信号P2，驱动CPU产生执行指令功能的机器周期。

单片机的振荡频率一旦确定，则机器周期也就确定了。例如，单片机选用24MHz的晶体振荡器，工作与片内时钟模式，则拍的频率为24MHz，时钟周期的频率为12MHz，对应机器周期的频率为2MHz，因此对应的机器周期T=500ns。

注意： 新推出的一些高速增强性8051内核的单片机提高了指令的执行速度，具体可参考相应的器件说明。

1.6.2 指令执行的时序

在上面的几个概念中，有些是我们并不经常接触的。由于程序设计中直接面对的是指令，因此这里将重点介绍不同单片机指令的执行时序。

在单片机中，一般按照指令的长度和指令周期来区分各个指令。大致可以分为单字节单周期指令、双字节单周期指令、双字节双周期指令等。下面介绍几个典型的指令执行时序。由于指令的完整执行过程包括取指令和执行指令两个部分，因此在下面的介绍过程中将贯穿这一点。

1．单字节单周期指令的执行时序

单字节单周期指令是指指令的长度为单个字节，执行需要一个机器周期来完成。单字节单周期指令的执行时序如图1-15所示。

在每个机器周期内，在S1P2～S2P1处，地址锁存信号ALE出现高电平有效信号，读程序指令码，随后便立刻执行该指令。接着，在S4P2～S5P1处，地址锁存信号ALE再次出现高电平有效信号，此时读下一个指令，但丢弃不执行。

2．双字节单周期指令的执行时序

双字节单周期指令是指指令的长度为两个字节，执行需要一个机器周期来完成。双字节单周期指令的执行时序如图1-16所示。

在每个机器周期内，在S1P2～S2P1处，地址锁存信号ALE出现高电平有效信号，读程序指令码的第一个字节。接着，在S4P2～S5P1处，地址锁存信号ALE再次出现高电平有效信号，此时读取指令的第二个字节，随后便执行该指令。

3．单字节双周期指令的执行时序

单字节双周期指令是指指令的长度为单个字节，执行需要两个机器周期来完成。单字节双周期指令的执行时序，如图1-17所示。

这类指令执行时，在第一个机器周期的S1P2～S2P1处，读取指令码，随后执行该指令。接着，在第一个机器周期的S4P2～S5P1处、第二个机器周期的S1P2～S2P1处和S4P2～S5P1处读取下一个指令码，但丢弃。整体来说，需要使用两个机器周期执行完该指令。

4．MOVX类指令的执行时序

MOVX类指令比较特殊，其执行时序，如图1-18所示。这类指令执行时，在第一个机器周期的S1P2～S2P1处，读取指令码，随后执行该指令。接着，在第一个机器周期的S4P2～S5P1处再次读的指令码将丢弃。在第二个机器周期的S1P2～S2P1处和S4P2～S5P1处则无取址操作。该指令在第二个机器周期完成外部数据单元的读写。

访问外部ROM/RAM的操作时序，主要发生在外部扩展单片机ROM和RAM的时候。此时，具体的操作时序分别介绍如下。

1.6.3 访问外部ROM的操作时序

访问外部ROM的操作主要发生在外部扩展单片机ROM的时候。此时，指令的操作时序中便包含了外部ROM存储器的操作。这里涉及的操作包括ALE、 PSEN 、P0端口和P2端口。其中，P0端口作为低8位地址，P2端口作为高8位地址。访问外部ROM的时序，如图1-19所示。

在访问外部ROM时，P0端口作为地址和数据的分时复用，P2端口作为地址的高8位。首先，P0端口将先输出低8位地址，P2端口将输出高8位地址，并利用ALE信号使其锁存起来，这两个共同组成16位地址。然后在 PSEN 信号有效的情况下，便可以从外部程序存储器中读取指令，指令将通过P0口送入单片机中。

1.6.4 访问外部RAM的操作时序

访问外部RAM的操作主要发生在外部扩展单片机RAM的时候。此时，指令的操作时序中便包含了外部RAM存储器的操作。这里涉及的操作包括ALE、 PSEN 、 RD 、v、P0端口和P2端口。其中，P0端口作为低8位地址，P2端口作为高8位地址。访问外部ROM的时序，如图1-20所示。整个操作需要如下三步来完成。

首先执行MOVX指令。

根据MOVX指令所给出的数据来选择外部RAM单元。

对该单元进行读写操作。

在访问外部RAM时，P0端口作为地址和数据的分时复用，P2端口作为地址的高8位。首先，第一个机器周期，P0端口将先输出低8位地址，P2端口将输出高8位地址，并利用ALE信号使其锁存起来。第二个机器周期，读信号 RD （或者写信号 WR ）有效，这样便将外部RAM中的数据送到单片机P0端口（或者将数据写入外部RAM）。