一、微控制器程式執行過程

微控制器的工作過程實質就是執行程式的過程，也就是我們常說的逐條執行指令的過程。微控制器每執行一條指令均可分為三個階段：取出指令、分析（譯碼）指令、執行指令。

大多數8位微控制器的取指、譯碼、執行這三步都是按照序列順序依次進行的。32位微控制器的這三步也是必不可少的，但是它是採用預取指令的流水線方式操作，並採用精簡指令集，每條指令都是單週期指令，所以它允許指令並行操作。例如再取出第一條指令後，開始對這條指令譯碼的同時，取出第二條指令；在第一條指令執行時，第二條指令開始譯碼，然後取出第三條指令，第二條指令同時執行。。。如此迴圈。從而使CPU在同一時間對不同指令實現不同操作，這樣就實現了指令的並行處理，大大加快指令的執行速度。

下面分別說說微控制器執行指令的三個階段。

根據程式計數器PC的值，從程式儲存器讀出當前要執行的指令，並將該指令送到指令暫存器。

取出指令暫存器中的指令操作碼進行譯碼，解析出指令要實現那種操作。（例如是執行資料傳送還是進行資料的加減運算）

執行指令規定的操作。（例如對於帶運算元的指令，先取出操作碼，再取出運算元，然後按照操作碼的型別對運算元進行操作）

微控制器採用“儲存程式”的工作方式，即事先把程式載入到微控制器的儲存器中，當啟動執行後，計算機便自動進行工作。

下表是微控制器的模型機指令表，我們以LDA 23這條指令為例，來說明微控制器的指令執行過程。

微控制器執行程式是一條指令一條指令執行的，執行一條指令的過程可分為兩個階段。

在微控制器中，“儲存程式”第一條指令的第一個位元組一定是操作碼。這樣，CPU首先進入取指階段，從儲存器中取出指令，並透過CPU譯碼後，轉入執行指令階段，在這期間，CPU執行指令指定的操作。

取指階段是由一系列相同的操作組成的，因此，取指階段的時間總是相同的。而執行指令的階段是由不同的事件順序組成的，它取決於被執行指令的型別。執行完一條指令後接著執行下一條指令，如此迴圈往復。

指令“LDA 23”的執行過程是怎樣的呢？這是一條直接定址指令，執行的過程如下圖所示。

LDA指令的指令週期由3個CPU週期（即機器週期）組成。其中，第一個CPU週期為取指令週期；執行指令階段由2個CPU週期組成，第二個CPU週期中將運算元的地址送往地址暫存器並完成地址譯碼，在第三個CPU週期中，從記憶體取出運算元並執行裝入的操作。

採用直接定址方式，執行“7+10”的程式如下表所示。

加入程式存放在起始地址為00010000B（16）的儲存單元中。地址16和17存放第一條指令“LDA 23”，執行第一條指令的過程如下圖所示。

微控制器啟動後，PC中的地址即為16，將16送地址暫存器，接著16被放入地址總線上，找到操作碼地址00010000B（16），PC自動加1為17，做好取下一位元組的準備；取出“LDA 23”的操作碼10010110B放入資料匯流排；操作碼經資料匯流排裝入資料暫存器，因為是操作碼，所以還需要裝入指令譯碼器進行指令譯碼，得到“裝入”的操作。

此時PC中的內容已經是17，地址17送入地址暫存器並放到地址總線上，找到操作碼地址23，PC又自動加1，做好取第二條指令“ADD 24”的準備，如下圖。

找到運算元地址23後，因為是直接定址，取出23單元中的運算元7放到資料匯流排，再裝入資料暫存器中，經資料暫存器將運算元7裝入累加器，如下圖所示。至此，第一條指令“LDA 23”執行完畢。

第2,3條指令也是直接定址方式，執行的過程類似。