单片机的处理器内部具有众多模块，但是要想协调这些模块统一工作并不是一件易事。为了确保各部分能够统一有序工作，因为单片机已经是一个同步时序电路，所以要想让它内部能够有序工作，我们需要从外部输入一个时钟信号。 

目录

🐱振荡方式

🦅内部振荡

🦅外部振荡

🚗CPU时序

🚝基本概念

🚝执行过程

🚀复位

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🐱振荡方式

🦅内部振荡

单片机的震荡电路往往有两种形式，一种是内部振荡、另外一种是外部振荡。内部震荡是通过单片机内部的高增益反相放大器，将其通过引脚XTAL1和XTAL2与外部的晶体振荡器或者陶瓷谐振器连接，这样就能在内部产生时钟脉冲。

而在内部产生的振荡信号就就可以立即输入到内部的时钟电路。一般情况下，通过内部时钟发生器后常会输出频率范围为2-12MHz(通常为12MHz)的频率和两种节拍的时钟信号，分别是P1和P2：

这两种节拍对应的时刻将完成不同类型的任务，P1节拍通常是回去完成算术逻辑运算，而P2节拍通常去完成寄存器数据传输。

🦅外部振荡

另外还有一种方式就是通过外接一个振荡器，将其产生的时钟信号通过XTAL2输入到单片机内部。

 

🚗CPU时序

CPU时序是CPU执行各控制指令的时间顺序。CPU时序通常有两种：

对片内功能的控制和对片外扩展外设的控制

🚝基本概念

振荡周期：就是单片机通过振荡器后输出的脉冲信号的周期，单片机通常会选择一个振荡周期为操作的最小时间基准。

时钟周期S：时钟周期是两倍的振荡周期，一个时钟周期分为P1和P2两个节拍。P1周期完成算术逻辑运算，P2节拍完成内部寄存器的数据传送。

机器周期：指令一条指令每一步所需要的时间，单片机的机器周期通常是6个时钟周期组成，即：

1个机器周期=6个时钟周期=12个振荡周期。

指令周期：指令周期是CPU完成一条指令需要的时间，通常情况下为1~4个机器周期。

那么一个晶振频率为12MHz的单片机的振荡周期为1/12MHz=1/12us，那么它一个时钟周期为1/6us，一个机器周期为1us，一个指令周期为1~4us，即晶振频率为12MHz的单片机执行一条指令花费的时间为1-4us

🚝执行过程

单片机执行一个指令通常包括两个过程：取指令和执行指令。

我们知道，单片机的指令存储的位置是ROM程序存储器中，而我们的操作数一般都是放在RAM数据存储器中。

读指令操作依赖于ALE，而ALE地址锁存信号会在一个机器周期内有效两次，有效的宽度称为S的状态周期，只有在ALE有效时间内才进行读指令的操作。

单字节单机器周期指令

在执行单字节单机器周期指令时，当ALE有效时，系统会从ROM中取出指令放到指令寄存器IR中，然后执行指令，在执行过程中APU会在第二次ALE有效信号来的时候将PC+1锁存，让第二次读取1指令操作无效。

双字节单机器周期指令

在执行双字节单机器周期指令时，对应两次ALE信号都是有效的，不会出现锁存的现象。当第一次ALE有效信号来了，就读取指令，并且知道该指令为双字节机器周期指令，那么就会在第二次ALE有效信号来的时候进行读取，同时完成指令执行。

单字节双机器周期指令

对于单字节双机器周期指令，它会选择使用两个机器周期来读取，所以理论上可以产生4次ALE有效信号，但是很明显其中4次无效。当第一次ALE有效信号来时，系统会读取要操作的指令，并且将锁存住后面读操作，即让程序计数器PC不自增，这样就会使得后面三次读操作都无效，同时完成指令。

🚀复位

复位（reset）是单片机中一个很重要的功能，无论系统执行到哪一个状态，按下复位后都要回到初始的状态，类似于重启。而在51单片机中复位电路是外接的，在复位引脚加2个机器周期的的高电平可以让单片机复位。下图所示的就是复位电路，我们可以通过按下按钮来实现复位。

下面我们重点来看复位后各个模块的状态：

首先是CPU的寄存器，首先是PC寄存器里面存储的地址是0000H也就是ROM最开始的单元。而累加器ACC、PSW寄存器、寄存器B和DPTR寄存器都会清0。而SP堆栈指针会指向07H开始。

而IO口都会被置为高电平，而串行口的SBUF寄存器会被置为随机数，大部分的定时器和计数器的寄存器也会被清0。