時鐘周期/機(jī)器周期/指令周期/12M晶振和1us有啥關(guān)系

時鐘周期

時鐘周期也叫振蕩周期或晶振周期，即晶振的單位時間發(fā)出的脈沖數(shù)，一般有外部的振晶產(chǎn)生，比如12MHZ=12×10的6次方，即每秒發(fā)出12000000個脈沖信號，那么發(fā)出一個脈沖的時間就是時鐘周期，也就是1/12微秒。通常也叫做系統(tǒng)時鐘周期。是計算機(jī)中最基本的、最小的時間單位。

在傳統(tǒng)的8051單片機(jī)中把一個時鐘周期定義為一個節(jié)拍(用P表示)，二個節(jié)拍定義為一個狀態(tài)周期(用S表示)。

機(jī)器周期

單片機(jī)在執(zhí)行指令的過程中，其實需要完成很多個操作，比如，取指令、存儲器讀、存儲器寫等，這每一項工作稱為一個基本操作。在計算機(jī)中，為了便于管理，常把一條指令的執(zhí)行過程劃分為若干個階段，每一階段完成一項工作。完成一個基本操作所需要的時間稱為機(jī)器周期。一般情況下，一個機(jī)器周期由若干個S周期(狀態(tài)周期)組成。傳統(tǒng)8051系列單片機(jī)的一個機(jī)器周期由6個S周期(狀態(tài)周期)組成。節(jié)拍和狀態(tài)周期前面已經(jīng)介紹過了。傳統(tǒng)8051單片機(jī)的機(jī)器周期由6個狀態(tài)周期組成，也就是說一個機(jī)器周期=6個狀態(tài)周期=12個時鐘周期。

在傳統(tǒng)的51單片機(jī)中，一般情況下，1個機(jī)器周期=12個時鐘周期。在一個單片機(jī)最小系統(tǒng)中，如果外接的是12MHZ的晶振，那么機(jī)器周期=1微秒(前幾天問小編為什么是1us的小伙伴到此處來領(lǐng)取答案)。

單片機(jī)工作時，是一條一條地從ROM中取指令，然后一步一步地執(zhí)行。單片機(jī)訪問一次存儲器的時間，稱之為一個機(jī)器周期，這是一個時間基準(zhǔn)。

機(jī)器周期不僅對于指令執(zhí)行有著重要的意義，而且機(jī)器周期也是單片機(jī)定時器和計數(shù)器的時間基準(zhǔn)。例如一個單片機(jī)選擇了12MHZ晶振，那么當(dāng)定時器的數(shù)值加1時，實際經(jīng)過的時間就是1us，這就是單片機(jī)的定時原理。

指令周期

指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時間，一般由若干個機(jī)器周期組成。指令不同，所需的機(jī)器周期數(shù)也不同。對于一些簡單的的單字節(jié)指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即譯碼執(zhí)行，不再需要其它的機(jī)器周期。對于一些比較復(fù)雜的指令，例如轉(zhuǎn)移指令、乘法指令，則需要兩個或者兩個以上的機(jī)器周期。

系統(tǒng)時鐘

系統(tǒng)時鐘：系統(tǒng)時鐘就是CPU指令運(yùn)行的頻率，這個才是CPU真正的頻率。

一般來說,單片機(jī)只有一個時鐘源.用了外部晶振,就不用內(nèi)部RC,用了內(nèi)部RC,就不用外部晶振。振蕩器振蕩,產(chǎn)生周期波.單片機(jī)在這樣的周期波的作用一下有規(guī)律的一拍一拍的工作,波的頻率越高,單片工作得就越快,波的頻率越低,單片機(jī)工作得就越慢。

單片機(jī)內(nèi)部所有工作，都是基于由晶振產(chǎn)生的同一個觸發(fā)信號源，由這個信號來同步協(xié)調(diào)工作步驟，我們把這個信號稱為系統(tǒng)時鐘，系統(tǒng)時鐘一般由晶振產(chǎn)生，但在單片機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)時鐘不一定等于晶振頻率，有可能小于晶振頻率，也有可能大于晶振頻率，具體要看單片機(jī)的實際設(shè)計及其原理。比如傳統(tǒng)的51單片機(jī)，其實際的系統(tǒng)時鐘就只有晶振頻率的1/12,;比如大家覺得比較高級的STM32單片機(jī)，內(nèi)部具有時鐘倍頻電路，可以通過程序設(shè)置系統(tǒng)時鐘是實際晶振的多少倍，常見的STM32開發(fā)板上實際的晶振都是8Mhz的，可以通過倍頻，實際的系統(tǒng)時鐘都是運(yùn)行在72Mhz。

系統(tǒng)時鐘是整個單片機(jī)工作節(jié)奏的基準(zhǔn)，它每振蕩一次，單片機(jī)就被觸發(fā)執(zhí)行一次操作。

12T模式和1T模式

前面我們說的絕大部分都是傳統(tǒng)51單片機(jī)的例子，現(xiàn)在傳統(tǒng)51單片機(jī)已經(jīng)可以收藏了，51單片機(jī)中小伙伴們最常見應(yīng)該是手推車(STC)。STC51的單片機(jī)基本已經(jīng)把51內(nèi)核壓榨到了極致，本節(jié)標(biāo)題里說的額12T和1T也就是STC提出來的。STC把絕大部分的匯編指令所需要的的時鐘周期壓縮到了1個時鐘周期，而傳統(tǒng)的51單片機(jī)是最快的指令都需要12個時鐘周期，所以STC官方就把他們的單片機(jī)叫做是1T的單片機(jī)。說到1T和12T，還有一個常用到的就是在用STC單片機(jī)的定時器時，和定時器相關(guān)的寄存器中專門有設(shè)置定時器是1T模式還是12T模式，如果是1T模式，而我們計算初值時又計算為了12T模式，那這樣出來的定時器會比實際的速度快12倍，在使用時需要注意。

總結(jié)

說了那么多的周期，其這些周期和一個電子元件直接相關(guān)，那就是晶振。以上說的所有的時間單元，都和晶振頻率相關(guān)。所以在編程時一定記得注意自己板子上的晶振頻率是多少。

最后一點說明，因為生產(chǎn)制造的原因，實際的晶振頻率和標(biāo)稱的數(shù)值會有一定的差距，因為任何物品在制作時都會產(chǎn)生誤差。既然是誤差，那就只要在允許的范圍內(nèi)就能正常使用，不會對系統(tǒng)產(chǎn)生大的影響。也正是因為這個誤差，用單片機(jī)定時器制作的時鐘，你會發(fā)現(xiàn)時鐘走上幾天后就會出現(xiàn)時間的偏差。這正是目前市面上的絕大部分電子時鐘都會有走時不精準(zhǔn)的根本原因，就算用了RTC時鐘芯片，那時鐘芯片的時間來源也是晶振產(chǎn)生，常見的RCT時鐘晶振的頻率是32.768Khz。?

審核編輯：湯梓紅