時(shí)鐘周期

時(shí)鐘周期也叫振蕩周期或晶振周期，即晶振的單位時(shí)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(gè)脈沖信號(hào)，那么發(fā)出一個(gè)脈沖的時(shí)間就是時(shí)鐘周期，也就是1/12微秒。通常也叫做系統(tǒng)時(shí)鐘周期。是計(jì)算機(jī)中最基本的、最小的時(shí)間單位。

在傳統(tǒng)的8051單片機(jī)中把一個(gè)時(shí)鐘周期定義為一個(gè)節(jié)拍(用P表示)，二個(gè)節(jié)拍定義為一個(gè)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(guò)程中，其實(shí)需要完成很多個(gè)操作，比如，取指令、存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫(xiě)等，這每一項(xiàng)工作稱(chēng)為一個(gè)基本操作。在計(jì)算機(jī)中，為了便于管理，常把一條指令的執(zhí)行過(guò)程劃分為若干個(gè)階段，每一階段完成一項(xiàng)工作。完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱(chēng)為機(jī)器周期。一般情況下，一個(gè)機(jī)器周期由若干個(gè)S周期(狀態(tài)周期)組成。傳統(tǒng)8051系列單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)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(guò)了。傳統(tǒng)8051單片機(jī)的機(jī)器周期由6個(gè)狀態(tài)周期組成，也就是說(shuō)一個(gè)機(jī)器周期=6個(gè)狀態(tài)周期=12個(gè)時(shí)鐘周期。

在傳統(tǒng)的51單片機(jī)中，一般情況下，1個(gè)機(jī)器周期=12個(gè)時(shí)鐘周期。在一個(gè)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(wèn)小編為什么是1us的小伙伴到此處來(lái)領(lǐng)取答案)。

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。單片機(jī)訪(fǎng)問(wèn)一次存儲(chǔ)器的時(shí)間，稱(chēng)之為一個(gè)機(jī)器周期，這是一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。

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(guò)的時(shí)間就是1us，這就是單片機(jī)的定時(shí)原理。

指令周期

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。

系統(tǒng)時(shí)鐘

系統(tǒng)時(shí)鐘：系統(tǒng)時(shí)鐘就是CPU指令運(yùn)行的頻率，這個(gè)才是CPU真正的頻率。

一般來(lái)說(shuō),單片機(jī)只有一個(gè)時(shí)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(gè)觸發(fā)信號(hào)源，由這個(gè)信號(hào)來(lái)同步協(xié)調(diào)工作步驟，我們把這個(gè)信號(hào)稱(chēng)為系統(tǒng)時(shí)鐘，系統(tǒng)時(shí)鐘一般由晶振產(chǎn)生，但在單片機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)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(shí)際設(shè)計(jì)及其原理。比如傳統(tǒng)的51單片機(jī)，其實(shí)際的系統(tǒng)時(shí)鐘就只有晶振頻率的1/12,;比如大家覺(jué)得比較高級(jí)的STM32單片機(jī)，內(nèi)部具有時(shí)鐘倍頻電路，可以通過(guò)程序設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘是實(shí)際晶振的多少倍，常見(jiàn)的STM32開(kāi)發(fā)板上實(shí)際的晶振都是8Mhz的，可以通過(guò)倍頻，實(shí)際的系統(tǒng)時(shí)鐘都是運(yùn)行在72Mhz。

系統(tǒng)時(shí)鐘是整個(gè)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(shuō)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(jiàn)應(yīng)該是手推車(chē)(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(shuō)的額12T和1T也就是STC提出來(lái)的。STC把絕大部分的匯編指令所需要的的時(shí)鐘周期壓縮到了1個(gè)時(shí)鐘周期，而傳統(tǒng)的51單片機(jī)是最快的指令都需要12個(gè)時(shí)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(shuō)到1T和12T，還有一個(gè)常用到的就是在用STC單片機(jī)的定時(shí)器時(shí)，和定時(shí)器相關(guān)的寄存器中專(zhuān)門(mén)有設(shè)置定時(shí)器是1T模式還是12T模式，如果是1T模式，而我們計(jì)算初值時(shí)又計(jì)算為了12T模式，那這樣出來(lái)的定時(shí)器會(huì)比實(shí)際的速度快12倍，在使用時(shí)需要注意。

總結(jié)

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

最后一點(diǎn)說(shuō)明，因?yàn)樯a(chǎn)制造的原因，實(shí)際的晶振頻率和標(biāo)稱(chēng)的數(shù)值會(huì)有一定的差距，因?yàn)槿魏挝锲吩谥谱鲿r(shí)都會(huì)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(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生大的影響。也正是因?yàn)檫@個(gè)誤差，用單片機(jī)定時(shí)器制作的時(shí)鐘，你會(huì)發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘走上幾天后就會(huì)出現(xiàn)時(shí)間的偏差。這正是目前市面上的絕大部分電子時(shí)鐘都會(huì)有走時(shí)不精準(zhǔn)的根本原因，就算用了RTC時(shí)鐘芯片，那時(shí)鐘芯片的時(shí)間來(lái)源也是晶振產(chǎn)生，常見(jiàn)的RCT時(shí)鐘晶振的頻率是32.768Khz。?

審核編輯：湯梓紅