时钟电路与时序

时钟电路与时序MCS 51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTALI和XTAL2分别是反相放大器的输入端和输出端，由这个放大器与作为反馈元件的片外晶体 或陶瓷谐振器一起构成了一个自激振荡器，如图29所示。这种方式形成的时钟信号称为内部时钟方式。XTAL2至内邹I时钟电路图时钟振荡电路利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1和XTAL2两端跨接晶体（或陶瓷）振荡器和两个电容就构成丁一个稳定的 自激振荡器。晶体振荡频率可在1. 2MH2 12MH2之间选择。电容值无严格要求，但其取值对振荡频率输出的稳定 性、大小、振荡电路起振速度稍有影响，C1,C2可在20pF 1OOPF之间取值。一般当外接晶体时，电容选为30PF 土10pF;外接陶瓷振荡器时选 40pF+10pF。此外，单片机的时钟还可以采用外部方式。所谓外部时 钟方式，是指利用外部振荡信号源直接接人XTALI或XTAL2。由于HMOS和CHMOS单片机内部时钟进入的引脚不同， CHMOS型由XTALI 进入，HMOS型由XTAL2进入，因此外部振荡信号源接人的方法也不同。国2 10为HMOS型单片机接法，图 2 11为CHMOS型单片机接法。对HMOs型单片机，外部振荡信号接至XTAL2端，即内部时钟发生器的输入端，而内部反相放大器的输入端 x 丁 ALl应接地。由于 XTAL2端的逻辑电平不是 TTL电平，故应 外接一个上接电阻。对CHMOS型单片机，内部时钟引入端取自反相放大器的输入端，因此在采用外部时 钟时，外部时钟信号接至 xTAI。 1端，而XTAL2端悬空。外接振荡信号源方式常用于多块芯片同时工作，以便予同步。注意，外接的脉冲信号应是高、低电乎持续时间大于20ns的方波，且脉冲频率应低于12MH2 。二、有关cPu时序的概念计算机在执行指令时， 一条指令经译码后产生若干个基本的微操作，这些微操作所对应的脉冲信号在时间上的先后次序称为计算机的时序。下面介绍有关cPu时序的几个概念。L振荡周期指为单片机提供定时信号的振荡源的周期期。2 时钟周期也称为状态周期，用5表示。时钟周期是计算机中最基本的时间单位，在一个时钟周期内，cPu完成一个员基本的动作。Mcs 51单片机中一个时钟周期为振荡周期的2倍。3 机器周期为便于管理，常把一个指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一个基本操作，例如，取指令、存储器读、存储器写等。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。MCS 51的一个机器周期含有 6个时钟周期。4 指令周期完成一条指令所需要的时间称为指令周期。Mcs51的指令周期合1 4个机器周期不等，其中多数为单周期指令，还有2周期和4周期指令。4周期指令只有乘、除两条指令。不论是内部时钟还是外部时钟，均需经过内部时钟发生器（一个二分频触发器）而成为内部时钟信号，它向单片机提供了一个二节拍时钟信导，在每个时钟的前半周期，节拍I信号P1有效后半周期，节拍 2信号P2有效，如图2 12所示。如前所述，MCs 51指令的每个机器周期包含六个时钟周期（用s表示），每个时钟周期由节拍信号F1和节拍信号P2组成。每个节拍持续一个振荡周期。因此，一个机器周期包 含S1P1 一 S6P 2共6个状态的12个振荡周期。图213列举T几种典型指令的取指和执行时序。在每个机器周期里，地址锁存允许 信号ALK两次有效。Atmel第一次出现在 S1P2和S2P1期间，第二次出现在 S4P2和S 5P1 期间。在操作码被锁存到指令寄存器时，单周期指令从S1P2开始执行，如果是双字节指令，在同一机器周期的s4期间毖人第二字节；如果是单字节指令，则在s4仍有读操作，但读入的字节(下一个操作码)是无效的，且程序计数器不加 I。在任何情况下，当 S6P2结束时都会 完成操作。因 2 13(a)和(b)分别是单字节单周期和双字节单周期指令的时序。图2 13(c)为单字节双周期指令的时序，在2个机器周期内发生 4次读操作码的操作，由于是单字节指令，后3次读操作都是无效的。Atmel代理图2 13(d)给出了访问外部数据存储器指令MOVX的时序，它是一条单字节双周期指令，在第一个机器周期的S5开始时，送出外部数据存储器地址，在S6P2开始读/写数据。读写期间ALE端不输出有效信号。在第二机器周期(即外部数据存储 器已赖寻址和选通后)也不产生取指操作。从时序上讲，算术和逻辑操作一般发生在节拍1期间，片内寄存器之间的数据传送操作发生在节拍2期间wxq$#