51單片機(jī)時(shí)鐘與周期的關(guān)系

單片機(jī)機(jī)中,有時(shí)鐘周期,機(jī)器周期,指令周期,初學(xué)者往往不能弄清楚他們之間的關(guān)系,這里我就簡(jiǎn)單介紹一下.

在說明之前我首先要明確幾個(gè)概念,既什么是周期和頻率,相信大多數(shù)人都知道他們的含義,周期就是物體循環(huán)一周的時(shí)間,頻率就是1 秒鐘內(nèi)循環(huán)的次數(shù).單片機(jī)是靠脈沖工作的,既一個(gè)脈沖單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)操作.下面言歸正傳.

時(shí)鐘周期:時(shí)鐘周期也稱為振蕩周期，定義為時(shí)鐘脈沖的倒數(shù)（可以這樣來理解，時(shí)鐘周期就是單片機(jī)外接晶振的倒數(shù)，例如12M的晶振，它的時(shí)間周期就是1/12 us）， 既產(chǎn)生一個(gè)脈沖的時(shí)間,是計(jì)算機(jī)中最基本的、最小的時(shí)間單位。

在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個(gè)最基本的動(dòng)作。對(duì)于某種單片機(jī)，若采用了1MHZ的時(shí)鐘頻率，則時(shí)鐘周期為1us；若采用4MHZ的時(shí)鐘頻率，則時(shí)鐘周期為250ns。由于時(shí)鐘脈沖是計(jì)算機(jī)的基本工作脈沖，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏（使計(jì)算機(jī)的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來）。顯然，對(duì)同一種機(jī)型的計(jì)算機(jī)，時(shí)鐘頻率越高，計(jì)算機(jī)的工作速度就越快。但是，由于不同的計(jì)算機(jī)硬件電路和器件的不完全相同，所以其所需要的時(shí)鐘周頻率范圍也不一定相同。我們學(xué)習(xí)的8051單片機(jī)的時(shí)鐘范圍是1.2MHz-12MHz。

機(jī)器周期:單片機(jī)工作時(shí)，是一條一條地從RoM中取指令，然后一步一步地執(zhí)行為了便于管理，常把一條指令的執(zhí)行過程劃分為若干個(gè)階段，每一階段完成一項(xiàng)工作。例如，取指令、存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫等，這每一項(xiàng)工作稱為一個(gè)基本操作,完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期既單片機(jī)訪問一次存儲(chǔ)器的時(shí)間，稱之為一個(gè)機(jī)器周期，這是一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)?！獋€(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)時(shí)鐘周期。如果一個(gè)單片機(jī)選擇了12MHZ晶振，它的時(shí)鐘周期是1／12us，也是一個(gè)晶振周期。它的一個(gè)機(jī)器周期是12×(1／12)us，也就是1us。機(jī)器周期不僅對(duì)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(shí)器和計(jì)數(shù)器的時(shí)間基準(zhǔn)。例如一個(gè)單片機(jī)選擇了12MHZ晶振，那么當(dāng)定時(shí)器的數(shù)值加1時(shí)，實(shí)際經(jīng)過的時(shí)間就是1us，這就是單片機(jī)的定時(shí)原理。

指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，一般由若干個(gè)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(duì)于一些簡(jiǎn)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(duì)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(gè)或者兩個(gè)以上的機(jī)器周期。

通常含一個(gè)機(jī)器周期的指令稱為單周期指令，包含兩個(gè)機(jī)器周期的指令稱為雙周期指令。

簡(jiǎn)單地說，沒有晶振，就沒有時(shí)鐘周期，沒有時(shí)鐘周期，就無(wú)法執(zhí)行程序代碼，單片機(jī)就無(wú)法工作。