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单片机时序及周期含义分析

2013/10/14    来源:e-works    作者:刘涛      
关键字:单片机时序  单片机周期含义  
本文首先介绍了单片机时序的概念,接着通过单片机的时钟电路对单片机各种周期的含义进行了详细解释。最后通过一个实例对单片机时钟周期、状态周期、机器周期、指令周期进行了总结。

一、概述

    单片机工作时,是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍地进行的。这个脉冲是由单片机控制器中的时序电路发出的。单片机的时序就是CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序。

    CPU控制器实际上是复杂的同步时序电路,所有的工作都是在时钟信号的控制下进行的。每执行一条指令,CPU控制器都要发出一系列特定的控制信号,这些控制信号在时间上的相互关系就是CPU的时序。一个单片机系统要想正常工作,除了要做到电平匹配、功率匹配外,还要做到时序匹配。

二、单片机时钟电路

    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,每个步骤又有许多微操作组成,这些微操作必须在一个统一时钟控制下才能正确的顺序执行。时钟电路是计算机的心脏,它控制着计算机的工作节奏。

    MCS-51的时钟信号可以由两种方式产生:一种是内部方式,利用芯片内部的振荡电路,产生时钟信号;另一种为外部方式,时钟信号由外部引入。

    2.1 内部时钟方式

    MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别为放大器的输入端和输出端。该放大器与作为反馈元件的片外晶体或陶瓷谐振器(简称晶振)一起构成自激振荡器,如图1所示。常用调节C1或C2的容量大小对频率进行微调,电容容量通常为20-100pF,当时钟频率为12MHz时典型值为30pF。

MCS-51内部时钟方式

图1 MCS-51内部时钟方式

    2.2 外部时钟方式

    在由多片单片机组成的系统中,为使各单片机之间的时钟信号严格同步,应当采用公用外部脉冲信号作为各单片机振荡脉冲。这时,外部方波脉冲信号经XTAL2引脚接入,其连接方式如图2所示。

MCS-51外部时钟方式

    图2 MCS-51外部时钟方式

责任编辑:程玥
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