8051 时钟周期,机器周期,指令周期

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。

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。

单片机时钟周期、机器周期、指令周期与总线周期时钟周期：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1/12us)，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250us。

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。

具体计算就是1/fosc。

也就是说如果晶振为1MHz，那么时钟周期就为1us;6MHz的话，就是1/6us。

8051单片机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。

具体计算为：时钟周期Xcycles。

如果单片机是12周期的话，那么机器周期就是T×12。

假设晶振频率为12M，单片机为12周期的话，那么机器周期就是1us。

例如外接24M晶振的单片机，他的一个机器周期=12/24M秒;52系列单片机一个机器周期等于12个时钟周期。

设晶振频率为12MHz时，52单片机是12T的单片机，即频率要12分频。

1.单片机概念：单片机，又称微控制器，是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。

这些部件包括中央处理器CPU，数据存储器RAM,程序存储器ROM，定时器/计数器和多种I/O接口电路。

2.MCS-51系列单片机中的基本型产品是8051,8031和8751，这三个产品只是片内程序存储器制造工艺不同。

8051的片内程序存储器ROM为掩膜型的在制造芯片时已将应用程序固化进去，使它具有了某种专用功能；8031无ROM，使用时需外接ROM;8751的片内ROM是EPROM型的，固化的应用程序可以方便改写。

（除片内ROM 类型不同外，其他性能完全相同）3.其他性能的结构特点：（1）8位CPU;（2）片内震荡器及时钟电路（3）32根I\O线（4）外部存储器ROM和RAM寻址范围各64KB（5）2个16位的定时器/计数器（6）5个中断源，2个中断优先级（7）全双工串行口（8）布尔处理器4.8051的内部结构8051内部结构可划分为CPU，存储器，并行口，串行口，定时器/计数器和中断逻辑几部分。

（1）中央处理器8051的中央处理器CPU由运算器和控制逻辑构成。

其中包括若干特殊功能寄存器（SFR）。

a 以ALU为中心的运算器运算逻辑单元ALU能对数据进行加减乘除等算术运算和“与”“或”“异或”等逻辑运算以及位操作运算。

ALU只能进行运算，运算的操作数可以事先存放在累加器ACC或暂存器TMP 中，运算结果可以送回ACC或通用寄存器或储存单元中。

累加器ACC也可以写为A。

B寄存器在乘法指令中用来存放乘数，在除法指令中用来存放除数，运算后B中为部分运算结果。

程序状态字PSW是8位寄存器，用来寄存本次运算的特征信息，用到其中的七位，下面是其各位的定义：CY：进位标志，有进位或借位时，CY=1；否则CY=0.AC：半进位标志，当D3位向D4位产生借位或进位时，AC=1；否则AC=0；常用于十进制调整运算中。

F0：用户可设定的标志位，可置位或复位，也可供测试。

单片机指令周期怎么计算指令周期：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。

指令周期是不确定的，因为她和该条指令所包含的机器周期有关。

一个指令周期=1个（或2个或3个或4个）机器周期，像乘法或除法就含有4个机器周期，单指令就只含有1个机器周期。

对于大多说的51单片机来说，1个机器周期=12个时钟周期（或振荡周期）也有部分单片机时钟周期和振荡周期不相等，例如，1个时钟周期=2个振荡周期。

该定义指的是执行一条指令所需要的时间，通常一个指令周期会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。

PIC单片机指令周期计算PIC单片机的每四个时钟周期为一个内部指令周期例如：8MHz的晶振，则内部指令周期为1/（8/4）= 0.5 uS实例一：35us，8MHz的晶振，8位定时器，分频比1/2 ，初值E4实例二：156.25us ，32768Hz的晶振，8位定时器，分频比1/32 ，初值FC计算方法一：35 = =（256-初值）*分频*4/晶振+ 14/分频=（256-初值）+14/2。

51单片机的指令周期051芯片内部有一高增益反相放大器，用于构成振荡器，反向放大器输入端为XTAL1,输出端XTAL2。

在XTAL1和XTAL2两端跨接一个石英晶体及两个电容就构成了稳定自激振荡器，电容器C1和C2通常都取30pF左右，对振荡频率有微调作用。

振荡频率范围是1.212MHz。

8051也使用外部震荡脉冲信号，由XTAL2端引脚输入，XTAL1端接地，外部震荡脉冲源方式常用于多块8051同时工作，以便于同步。

晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端输出到片内的时钟发生器上，时钟发生器是一个二分频触发电路，它将振荡器的信号频率fosc除以2，向CPU提供两相时钟信号P1和P2。

时钟信号的周期称为机器状态时间S,CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥8051单片机各个部件协调地工作。

除时钟周期外，还有两个与时间有关的概念叫机器周期和指令周期。

计算机的一条指令由若干个字节组成。

执行一条指令需要多少时间则以机器周期为单位。

所谓一个机器周期就是指CPU访问存储器一次所需要的时间。

例如取指令，读存储器，写存储器等等。

MCS51的一个机器周期为12个振荡周期，分为六个S状态，S1S6.而每个状态又分为两拍，称为P1和P2。

因此，一个机器周期中的12个振荡周期表示为S1P1，S1P2,S2P1等直到S6P2.若采用6MHZ晶体振荡器，则每个机器周期恰为2us。

每条指令都由一个或几个机器周期组成。

在MCS51系统中，有单周期指令，双周期指令。

四周期指令只有乘，除两条指令。

指令的运算速度和它的机器周期直接相关，机器周期数较小则执行速度快。

在编程时要注意选用具有同样功能而机器周期数小的指令。

每一条指令的执行都可以包括取指和执行两个阶段。

在取指阶段，CPU从内部或者外部ROM中取出指令操作码及操作数，然后再执行这条指令。

在8051指令系统中，根据各种操作的繁简程度，其指令可由单字节，双字节和三字节组成。

从机器执行指令的速度看，单字节和双字节指令都可能是单周期或双周期，而三字节指令都是双周期，只有乘，除指令占四个周期，一条指令的字节数表征这条指令在存储器中所占空间大小，而周期数表征运行这条指令所花时间长短，即运行速度。

一、填空题：1、当使用8051单片机时，需要扩展外部程序存储器，此时EA应接低电平。

2、8051上电复位后，从地址0000H开始执行程序，外部中断1的中断入口地址为0013H.3、8051最多有64KB的程序存储器和64KB的数据存储器。

4、P0口通常用作分时复用为地址总线（低8位）及数据总线或外接上拉电阻用作普通I/O 口。

5、P2口的功能为用作地址总线和作为普通I/O口使用。

6、若由程序设定RS1、RS0=01，则工作寄存器R0的直接地址为08H。

7、若由程序设定RS1、RS0=00，则工作寄存器R0的直接地址为00H。

8、若累加器A中的数据为01110010B，则PSW中的P=0（偶数个1为0，奇数为1）9、8051单片机共有5个中断源，分别是INT0外部中断0、INT1外部中断1、T0定时器/计数器中断0中断、T1定时器计数器1中断、串行口中断。

10、ADC0809是8通路8位逐次逼近式模/数转换器。

11、计算机中按功能把总线分为数据总线、地址总线和控制总线。

12、MOV A，#0F5H中，#0F5H的寻址方式称之为立即寻址。

MOV类指令称之为一般传输指令。

13、8051的一个机器周期等于12个晶体震荡周期；通常8051单片机的ALE引脚以1/6倍的晶振频率输出脉冲。

14、8051单片机复位后，堆栈指针SP指向第07H号内部RAM；8051的堆栈是向上生长的。

15、十进制调整指令DA A，专用于BCD码的加减运算。

16、单片机的中断触发方式有低电平触发和下降沿触发两种。

大多数情况下，单片机控制系统采用下降沿触发方式触发中断。

17、若执行加法运算后累加器（A）中的数据为01110010B，则PSW中的P=018、8051单片机的程序存储器和数据存储器编址方式采用的是哈佛结构，即数据存储器和程序存储器分开的编址方式。

二、单项选择题1、8051单片机执行MOVX写指令时，相关的信号状态是PSEN无效为高电平，WR有效为低电平2、若PSW.4=1，PSW.3=1，现在需要保存R1的内容，可执行PUSH 19H指令3、下列指令不是变址寻址方式的是MOVX A，@DPTR4、在8051片外扩展一片EEPROM 28C64需要13根地址线（片选除外），8根数据线。

1.时钟周期:(晶振频率倒数、控制计算机节奏)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1/12us),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250us。

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。

8051单片机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)。

2.机器周期:（指令中单个阶段的执行周期）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由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。

(例如外接24M晶振的单片机,他的一个机器周期=12/24M秒)3.指令周期: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。

51单片机中几个时间周期的概念区分时钟周期：时钟周期也叫振荡周期或晶振周期，即晶振的单位时间发出的脉冲数，一般有外部的振晶产生，比如12MHZ=12×10的6次方，即每秒发出12000000个脉冲信号，那么发出一个脉冲的时间就是时钟周期，也就是1/12微秒。

通常也叫做系统时钟周期。

是计算机中最基本的、最小的时间单位。

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。

在标准的51单片机中，一般情况下，一个机器周期等于12个时钟周期，也就是机器周期=12*时钟周期，（上面讲到的原因）如果是12MHZ，那么机器周期=1微秒。

单片机工作时，是一条一条地从RoM中取指令，然后一步一步地执行。

单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。

机器周期不仅对于指令执行有着重要的意义，而且机器周期也是单片机定时器和计数器的时间基准。

例如一个单片机选择了12MHZ晶振，那么当定时器的数值加1时，实际经过的时间就是1us，这就是单片机的定时原理。

但是在8051F310中，CIP-51 微控制器内核采用流水线结构，与标准的 8051 结构相比指令执行速度有很大的提高。

在一个标准的 8051 中，除 MUL和 DIV 以外所有指令都需要12 或24 个系统时钟周期，最大系统时钟频率为12-24MHz。