單片機(jī)原理：2-6時(shí)鐘與時(shí)序

1第2章AT89S51單片機(jī)

硬件結(jié)構(gòu)

2.6.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。時(shí)鐘電路有兩種方式:內(nèi)部時(shí)鐘方式、外部時(shí)鐘方式。1．內(nèi)部時(shí)鐘方式AT89S51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，圖2-13是AT89S51內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路。2圖2-13

內(nèi)部時(shí)鐘方式電路3C1和C2的典型值通常選擇為30pF。電容大小會(huì)影響振蕩器頻率高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振頻率范圍通常是1.2～12MHz。晶體頻率越高，單片機(jī)速度就越快。速度快對存儲(chǔ)器的速度要求就高。晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機(jī)靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。為提高溫度穩(wěn)定性，采用溫度穩(wěn)定性能好的電容。常選6MHz或12MHz的石英晶體。隨著集成電路制造工藝技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的時(shí)鐘頻率也在逐步提高，已達(dá)33MHz。452．外部時(shí)鐘方式

用現(xiàn)成的外部振蕩器產(chǎn)生脈沖信號，常用于多片AT89S51同時(shí)工作，以便于多片AT89S51單片機(jī)之間的同步，一般為低于12MHz的方波。

外部時(shí)鐘源直接接到XTAL1端，XTAL2端懸空，見圖2-14。

圖2-14

AT89S51的外部時(shí)鐘方式電路圖2-15

時(shí)鐘信號的兩種引出方式63．時(shí)鐘信號的輸出當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器，XTAL1、XTAL2引腳還能為應(yīng)用系統(tǒng)中的其他芯片提供時(shí)鐘，但需增加驅(qū)動(dòng)能力。其引出的方式有兩種，如圖2-15所示。2.6.2機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序各種指令時(shí)序與時(shí)鐘周期相關(guān)。1．時(shí)鐘周期時(shí)鐘控制信號的基本時(shí)間單位。若晶振頻率為fosc，則時(shí)鐘周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。2．機(jī)器周期CPU完成一個(gè)基本操作所需時(shí)間為機(jī)器周期。執(zhí)行一條指令分為幾個(gè)機(jī)器周期。每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作，如取指令、讀或?qū)憯?shù)據(jù)等。每12個(gè)時(shí)鐘周期為1個(gè)機(jī)器周期。71個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)時(shí)鐘周期，分6個(gè)狀態(tài)：S1～S6。每個(gè)狀態(tài)又分兩拍：P1和P2。因此，一個(gè)機(jī)器周期中的12個(gè)時(shí)鐘周期表示為S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P2，如圖2-16所示。8圖2-16AT89S51的機(jī)器周期3．指令周期執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間。簡單的單字節(jié)指令，取出指令立即執(zhí)行，只需一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間。復(fù)雜的指令，如轉(zhuǎn)移、乘、除指令則需兩個(gè)或多個(gè)機(jī)器周期。從指令執(zhí)行時(shí)間