51单片机指令周期，机器周期，时钟周期详解

51单片机有指令周期，机器周期，时钟周期的说法，看似相近，但是又都不太一样，很容易混淆。还是详细分析一下。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201609/310558.htm

时钟周期：单片机外接的晶振的振荡周期就是时钟周期，时钟周期=振荡周期。比方说，80C51单片机外接了一个11.0592M的晶体振荡器，那我们就说这个单片机系统的时钟周期是1/11.0592M，这里要注意11.0592M是频率，周期是频率的倒数。

机器周期：单片机执行指令所消耗的最小时间单位。我们都知道51单片机采用的CISC(复杂指令指令集)，所以有很多条指令，并且各条指令执行的时间也可能不一样(有一样的哦)，但是它们执行的时间必须是机器周期的整数倍，这就是机器周期的意义所在。8051系列单片机又在这个基础上进行细分，将一个机器周期划分为6个状态周期，也就是S1-S6，每个状态周期又由两个节拍组成，P1和P2，而P1=P2=时钟周期。这也就是经常说的8051系列单片机的的时钟频率是晶振频率的12分频，或者是1/12，就是这个意思。现在(截至2012)新的单片机已经能做到不分频了，就是机器周期=时钟周期。

指令周期：指令周期执行某一条指令所消耗的时间，它等于机器周期的整数倍。传统的80C51单片机的指令周期大多数是单周期指令，也就是指令周期=机器周期，少部分是双周期指令。现在(截至2012)新的单片机已经能做到不分频了，并且尽量单指令周期，就是指令周期=机器周期=时钟周期。

来看这张8051单片机外部数据，这里ALE和$PSEN$的变化频率已经小于一个机器周期，如果使用C语言模拟这个信号是没有办法做到的一一对应的，所以只能尽量和上面的时序相同，周期延长。

单片机的周期频率

单片机的振荡如下所示：

振荡周期：振荡周期=1/晶振频率

时钟周期：=2*振荡周期

机器周期：=6*时钟周期=12*振荡周期

指令周期：=1条指令完成所需要的机器周期

单片机执行指令的过程是顺序的从ROM（程序存储器）里面取出指令一条条的顺序执行，再通过一些操作控制，来完成各种制定的动作。

它在执行程序的时候，各种动作必须有一定的顺序，简单来说就是控制信号在时间上有一个严格的先后顺序，这种次序就是单片机的时序。

单片机在每访问一次存储器的时间成为一个机器周期，机器周期是一个时间基准，就像我们生活中的秒一样，单片机一个机器周期包括12个振荡周期，振荡周期就是振荡源一个高低电平的转换时间，如果我们用12MHz的晶振，那么振荡周期为（T=1/F），也就1/12微妙，那我们用的是12MHz的晶振，一个机器周期就等于12*1/12=1微妙。

单片机中，有的指令只用一个机器周期就可以处理完，有的指令则需要两到三个机器周期才能处理完，所需机器周期越少，那么执行程序的速度就越快。

除了以上介绍的单片机的结构外，还有一个就是单片机的I/O结构，一般有以下几种：

1.OC开路输出结构：具有输出低电平电流大，高电平电流小的特性

2.带上拉OC输出结构:同上

3.推挽输出结构：具有输出低电平和高电平电流一样大的特性

我们学习单片机首先要有以下仪器及材料：

1.电脑一台，需要带有USB和串口功能，主要用来程序编写，程序编译，下载调试

2.安装编译软件KEIL

3.具备基础电路、模电数电知识

如果先要学习单片机，我首推的是51系类的入门，可以作一些简单的小玩意，像是跑马灯，延时器，感应器，红绿灯切换等等，这些容易培养起兴趣。

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