80C51单片机时钟与时序

单片机执行指令的过程可分为取指令、分析指令、和执行指令三个步骤，每个步骤又是由许多微操做所组成，这些微操做必须在一个统一的时钟控制下才能按照正确的顺序执行，这种微操作执行的时间次序称作时序。单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部的各种微操作提供时间基准。

单片机的时钟信号有两种产生方式：内部时钟方式和外部时钟方式。

内部时钟方式是利用单片机芯片内部的振荡电路实现的，如图2.11（a）所示。此时需要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体振荡器（简称晶振），图中电容器C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5～30pF，典型值为30pF。晶振的振荡频率范围为1.2～12MHz，典型值为12MHz和6MHz。

外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内，如图2.11（b）所示。此方式常用于多片80C51单片机同时工作，以便于各单片机同步。一般要求外部信号高电平的持续时间大于20ns，且为频率低于12MHz的方波。对于采用CHMOS工艺的单片机，外部时钟要由XTAL1端引入，而XTAL2端引脚应悬空。

图2.11　80C51单片机的时钟信号

实际应用中通常采用外接晶振的内部时钟方式，晶振频率高一些可以提高指令执行的速度，但相应的功耗和噪音也会增加，因此在满足系统功能要求的前提下，应选择频率低一些的晶振。

为了便于分析CPU的时序，下面介绍几种时钟信号，如图2.12所示。

（1）振荡周期。

振荡周期指为单片机提供定时信号的振荡源的周期。振荡周期是MCS-51单片机中最小的时钟单位。

（2）时钟周期。

又称为状态周期或状态时间S，是振荡周期的两倍，它分成P1节拍和P2节拍，P1节拍通常完成算术逻辑操作，而内部寄存器间传送通常在P2节拍完成。(www.xing528.com)

图2.12　80C51单片机的时钟信号

（3）机器周期。

MCS-51单片机的一个机器周期由12个振荡周期组成。每个机器周期由6个状态周期（S1～S6）组成，每个状态又分为2拍：P1和P2。因此，一个机器周期中的12个振荡周期表示为S1P1、S1P2、……S6P1、S6P2。

（4）指令周期。

执行一条指令所需的时间称为指令周期，通常由1～4个机器周期组成。

若外接晶振为6MHz　若外接晶振为12MHz

振荡周期＝1/6μs　振荡周期＝1/12μs

时钟周期＝1/3μs　时钟周期＝1/6μs

机器周期＝2μs　机器周期＝1μs

指令周期＝2～8μs　指令周期＝1～4μs