时钟周期及单片机定时器初值计算
0 2022-12-07

先说说什么是时钟周期?什么是机器周期?什么是指令周期?

时钟周期

时钟周期也称为振荡周期,定义为时钟脉冲的倒数(可以这样来理解,时钟周期就是单片机外接晶振的倒数,例如12M的晶振,它的时间周期就是1/12 us),是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。对于某种单片机,若采用了1MHZ的时钟频率,则时钟周期为1us;若采用4MHZ的时钟频率,则时钟周期为250ns。由于时钟脉冲是计算机的基本工作脉冲,它控制着计算机的工作节奏(使计算机的每一步都统一到它的步调上来)。显然,对同一种机型的计算机,时钟频率越高,计算机的工作速度就越快。但是,由于不同的计算机硬件电路和器件的不完全相同,所以其所需要的时钟周频率范围也不一定相同。我们学习的8051单片机的时钟范围是1.2MHz-12MHz。 在8051单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍(用P表示),二个节拍定义为一个状态周期(用S表示)。

机器周期

在计算机中,为了便于管理,常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段,每一阶段完成一项工作。例如,取指令、存储器读、存储器写等,这每一项工作称为一个基本操作。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。一般情况下,一个机器周期由若干个S周期(状态周期)组成。8051系列单片机的一个机器周期同6个S周期(状态周期)组成。前面已说过一个时钟周期定义为一个节拍(用P表示),二个节拍定义为一个状态周期(用S表示),8051单片机的机器周期由6个状态周期组成,也就是说一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期。

指令周期

指令周期是执行一条指令所需要的时间,一般由若干个机器周期组成。指令不同,所需的机器周期数也不同。对于一些简单的的单字节指令,在取指令周期中,指令取出到指令寄存器后,立即译码执行,不再需要其它的机器周期。对于一些比较复杂的指令,例如转移指令、乘法指令,则需要两个或者两个以上的机器周期。

通常含一个机器周期的指令称为单周期指令,包含两个机器周期的指令称为双周期指令。

一、10MS定时器初值的计算:

1、晶振12M
12MHz除12为1MHz,也就是说一秒=1000000次机器周期。10ms=10000次 机器周期。
65536-10000=55536(d8f0)
TH0=0xd8,TL0=0xf0

2、晶振11.0592M
11.0592MHz除12为921600Hz,就是一秒921600次机器周期,10ms=9216次机器周期。
65536-9216=56320(dc00)
TH0=0xdc,TL0=0x00

二、50MS定时器初值的计算:

1、晶振12M
12MHz除12为1MHz,也就是说一秒=1000000次机器周期。50ms=50000次 机器周期。
65536-50000=15536(3cb0)
TH0=0x3c,TL0=0xb0

2、晶振11.0592M

11.0592MHz除12为921600Hz,就是一秒921600次机器周期,50ms=46080次机器周期。
65536-46080=19456(4c00)
TH0=0x4c,TL0=0x00

三、使用说明

以12M晶振为例:每秒钟可以执行1000000次机器周期个机器周期。而T 每次溢出 最多65536 个机器周期。我们尽量应该让溢出中断的次数最少(如50ms),这样对主程序的干扰也就最小。 开发的时候可能会根据需要更换不同频率的晶振(比如c51单片机,用11.0592M的晶振,很适合产生串口时钟,而12M晶振很方便计算定时器的时间),使用插接式比较方便。

对12MHz 1个机器周期 1us 12/fosc = 1us
方式0 13位定时器最大时间间隔 = 2^13 = 8.192ms
方式1 16位定时器最大时间间隔 = 2^16 = 65.536ms
方式2 8位定时器最大时间间隔 = 2^8 = 0.256ms =256 us
定时5ms,计算计时器初值 M = 2^K-X*Fosc/12 12MHz

方式0: K=13,X=5ms,Fosc=12MHz 则 M = 2^13 - 5*10^(-3)*12*10^6/12= 3192 = 0x0C78
THx = 0CH,TLx = 78H,

方式1: K=16,X=5ms,Fosc=12MHz 则 M = 2^16 - 5*10^(-3)*12*10^6/12= 60536 = 0xEC78
THx = ECH,TLx = 78H,
50ms 12MHz THx = 3CH,TLx = B0H,
10ms THx = D8H,TLx = F0H,

方式2: 最大时间 2^8Fosc/12 = 0.256ms
十进制数是怎么来的?
6MHz 一个机器周期 12/6 = 2us
定时1ms 计数初值x
(2^16-x)*2us = 1000us
x = 2^16 - 500 ,TH,TL 可置 -500
12MHz 一个机器周期 12/12 = 1us
12MHz 一个机器周期 12/12 = 1us
定时50ms 计数初值x
(2^16-x)*1us = 50000us
x = 2^16 - 50000 ,TH,TL 可置 -500

定时器 计内部晶振频率
计数器 计外部输入CPU脚上的脉冲个数 P3.4(T0) P3.5(T1) 负跳变加一
当晶振为6MHz时,最高计数频率500KHz 

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