8051 时钟周期,机器周期,指令周期
第二讲 第2章 MCS-51单片微型计算机结构
S1
S2
S3
读下一个操作 码（丢弃） P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 （a） 单字节，单周期指令 例：MOV A R1
读操作码 读操作码 读第二字节
2
P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P S1 S2 S3 S4 S5 S6 S1 （b） 双字节，单周期指令 例：ADD A dir 读操作码
MCS-51单片机的结构原理
一、计算机的经典组成 计算机的经典结构见 图1.1 所示。这种结 构是由计算机的开 拓者——数学家约 翰· 诺依曼最先提 冯· 出的，所以就称之 为冯· 诺依曼计算机 体系结构，也叫普 林斯顿结构。
图 1.1 计算机经典结构
二、 MCS-51单片机的基本组成
(一) 8051单片机的结构
﹡IP B8H ﹡IE A8H TMOD ﹡TCON TL0 TH0 TL1 TH1 PCON ﹡SCON 寄存器 SBUF
IP.7～IP.0 BFH～B8H 中断优先控制器 IE.7～IE.0 AFH～A8H 中断允许控制器 89H 定时器方式选择 88H TCON.7～TCON.0 8FH～88H 定时控制寄存器 8AH 定时器T0低8位 8CH 定时器T0高8位 8BH 定时器T1低8位 8DH 定时器T1高8位 87H 电源控制及波特率选择 98H SCON.7～SCON.0 9FH～98H 串行口控制 99H 串行口数据缓冲器
F0H E0H D0H B8H B0H A8H A0H 98H 90H 88H 80H
特 殊 功 能 寄 存 器 中 位 寻 址
FFFFH 外部 RAM
8051 时序
无取指（ ALE） 无取指（无ALE）
S3
S4
S5
S6
S1
S2
S3
S4
S5
S6
数据 地址 访问外部存储器
MOVX类指令 单字节双周期指令 类指令(单字节双周期指令 类指令 单字节双周期指令）
对外部RAM 当CPU对外部 对外部 读写时， 读写时，ALE不是 不是 周期信号
读操作码
S1 S2
读第二字节操作码
8051单片机的时序 单片机的时序
机
器
周
期
机器周期是指CPU完成一种基本操作所需要的时间。例如 完成一种基本操作所需要的时间。 机器周期是指 完成一种基本操作所需要的时间 取指令、读存储器、写存储器等等。 等等 ：取指令、读存储器、写存储器等等。 一个机器周期包括12个振荡周期，分为 个 状态 状态： 一个机器周期包括 个振荡周期，分为6个S状态：S1~S6。 个振荡周期 。 振荡周期（时钟周期） 振荡周期（时钟周期）, 是指为单片机提供时钟脉冲信号的 振荡源的周期。是振荡频率的倒数。 表示。 振荡源的周期。是振荡频率的倒数。用P表示。 状态周期: 状态周期 每个状态周期为时钟周期的 2 倍, 是振荡周期经 二分频后得到的。每个状态又分为两拍，称为P1和 。 二分频后得到的。每个状态又分为两拍，称为 和P2。 因此，一个机器周期中的 个振荡周期表示为 个振荡周期表示为S1P1，S1P2 因此，一个机器周期中的12个振荡周期表示为 ， ，S2P1，···，S6P1，S6P2。 ， ， ， 。
8051访问外部数据存储器时序图
读操作码
S1 S2 S3 S4
读操作码（丢弃） 读操作码（丢弃）
S5 S6 S1 S2 S3 S4 S5 S6
51单片机指令周期,机器周期,时钟周期详解
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
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。
8051单片机的特点1
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
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
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。
单片机考试知识点总结
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。
时钟周期、机器周期、指令周期、总线周期
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
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。
主频,时钟周期,机器周期,运算速度要求
才能完成，完成一条指令所需的时间就是指令周期，当然不同的指令，其指令周期就不一样的了。一般为1～2个机器周期，乘除指令为4个机器周期。
DSP广泛应用于通信、语音、雷达、仪器仪表等领域。针对不同应用，市场上有许多型号的DSP产品。以TI的产品为例，从用途上分，有Ｃ2000系列定点DSP，因为集成了大量外设资源，更多地用于控制领域；Ｃ5000系列定点低功耗DSP，主要用于消费产品和通信领域；还有Ｃ6000高速高性能DSP，主要用于网络和图像处理。
面对众多型号，拿到一个项目时要选择何种DSP呢？运算速度、功耗、结构、价格等都是需要考虑的地方，但运算速度无疑是首要考虑的，只有满足运算速度的前提下，选择能够适应其他要求的产品才是最合理的。下面就以实例讨论一下如何计算运算速度。 DSP处理的是数字信号，往往来源于前端模拟信号采样。如果信号为50Hz的正弦信号，每周期要采80个点才能满足后续算法精度要求，那么采样频率为4000Hz，采样点的时间间隔为250μs。即所有相关运算必须在250μs的时间内完成。假设采样点需要进行FFT这样的乘加运算，假定DSP执行一次乘加运算的时间只有１个指令周期，那么在两个采样点之间需要完成4096个乘加运算时，指令周期则必须小于250μs／4096=61.2ns，否则不能实现实时处理（在这里还没有考虑获取采样点的时间）。
有些DSP具有DMA模块，可以在没有CPU的参与下完成采集。例如语音编码算法，一桢信号为30ms，而一桢信号处理算法程序必须要在30ms内完成。若DSP的指令周期为20ns，则一桢时间内DSP能够提供的最大运算量为150万条指令。因此，一桢信号对应的算法程序不能超过150万条指令，否则就要更换速度更快的DSP了。
单片机：51单片机的延时及时序分析
计算机工作时，是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍地进行的。
这个脉冲是由单片机控制器中的时序电路发出的。
单片机的时序就是CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序，为了保证各部件间的同步工作，单片机内部电路应在唯一的时钟信号下严格地控时序进行工作，在学习51单片机的时序之前，我们先来了解下时序相关的一些概念。
既然计算机是在统一的时钟脉冲控制下工作的，那么，它的时钟脉冲是怎么来的呢？要给我们的计算机CPU提供时序，就需要相关的硬件电路，即振荡器和时钟电路。
我们学习的8051单片机内部有一个高增益反相放大器，这个反相放大器的作用就是用于构成振荡器用的，但要形成时钟，外部还需要加一些附加电路。
8051单片机的时钟产生有以下两种方法：1. 内部时钟方式：利用单片机内部的振荡器，然后在引脚XTAL1（18脚）和XTAL2（19脚）两端接晶振，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路，外接晶振时，晶振两端的电容一般选择为30PF左右；这两个电容对频率有微调的作用，晶振的频率范围可在1.2MHz-12MHz之间选择。
为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。
2. 外部时钟方式：此方式是利用外部振荡脉冲接入XTAL1或XTAL2。
HMOS和CHMOS单片机外时钟信号接入方式不同，HMOS型单片机（例如8051）外时钟信号由XTAL2端脚注入后直接送至内部时钟电路，输入端XTAL1应接地。
由于XTAL2端的逻辑电平不是TTL的，故建议外接一个上接电阻。
对于CHMOS型的单片机（例如80C51），因内部时钟发生器的信号取自反相器的输入端，故采用外部时钟源时，接线方式为外时钟信号接到XTAL1而XTAL2悬空。
如下图外接时钟信号通过一个二分频的触发器而成为内部时钟信号，要求高、低电平的持续时间都大于20ns，一般为频率低于12MHz的方波。
片内时钟发生器就是上述的二分频触发器，它向芯片提供了一个2节拍的时钟信号。
时钟周期、状态周期、机器周期、指令周期、12T、6T、1T 之间关系
时钟周期、状态周期、机器周期、指令周期、12T、6T、1T 之间关系时钟周期：
又叫振荡周期；是时钟脉冲的倒数；例如22.1184MHz的控制器，其时钟周期就是1/22.1184 us.
状态周期：
8051把1个时钟周期叫做一个节拍。
两个节拍定义为一个状态周期。
机器周期：
完成一个基本操作的时间单元叫做机器周期。
一个机器周期由若干个状态周期构成。
8051的机器周期一般由6个状态周期构成，即12个时钟周期。
指令周期：
完成一条指令所需的时间。
简单的指令是单机器周期指令；复杂的双机器周期指令和多机器周期指令。
指令周期是CPU的关键指标。
ARM的指令一般都是单周期指令。
STC单片机下载时有一个12T和6T模式选择。
12T就是普通的模式，指令周期的时间等于时钟周期的12倍。
而6T则是倍速模式，指令周期的时间等于时钟周期的6倍。
两者的区别会在串口速度上面有体现。
同样的code，以6T模式和以12T模式下载后，串口波特率相差一倍。
1T是12倍速的模式，即指令周期的时间与时钟周期相等。
MCS-51单片机的指令时序
MCS-51单片机的指令时序时序是用定时单位来描述的，MCS-51的时序单位有四个，它们分别是节拍、状态、机器周期和指令周期，接下来我们分别加以说明。
·节拍与状态：我们把振荡脉冲的周期定义为节拍（为方便描述，用P表示），振荡脉冲经过二分频后即得到整个单片机工作系统的时钟信号，把时钟信号的周期定义为状态（用S表示），这样一个状态就有两个节拍，前半周期相应的节拍我们定义为1(P1)，后半周期对应的节拍定义为2(P2)。
·机器周期：MCS-51有固定的机器周期，规定一个机器周期有6个状态，分别表示为S1-S6，而一个状态包含两个节拍，那么一个机器周期就有12个节拍，我们可以记着S1P1、S1P2……S6P1、S6P2，一个机器周期共包含12个振荡脉冲，即机器周期就是振荡脉冲的12分频，显然，如果使用6MHz的时钟频率，一个机器周期就是2us，而如使用12MHz的时钟频率，一个机器周期就是1us。
·指令周期：执行一条指令所需要的时间称为指令周期，MCS-51的指令有单字节、双字节和三字节的，所以它们的指令周期不尽相同，也就是说它们所需的机器周期不相同，可能包括一到四个不等的机器周期（这些内容，我们将在下面的章节中加以说明）。
·MCS-51的指令时序：MCS-51指令系统中，按它们的长度可分为单字节指令、双字节指令和三字节指令。
执行这些指令需要的时间是不同的，也就是它们所需的机器周期是不同的，有下面几种形式：·单字节指令单机器周期·单字节指令双机器周期·双字节指令单机器周期·双字节指令双机器周期·三字节指令双机器周期·单字节指令四机器周期(如单字节的乘除法指令)下图是MCS-51系列单片机的指令时序图：上图是单周期和双周期取指及执行时序，图中的ALE脉冲是为了锁存地址的选通信号，显然，每出现一次该信号单片机即进行一次读指令操作。
8051简介
8051单片机基本结构
8051单片机的特点
8051单片机可分为无ROM型和ROM型两种 无ROM型的芯片，为8031） ROM型芯片又分为EPROM型（典型芯片为 8751）、FLASH型（典型芯片为89C51）、 掩膜ROM型（典型芯片为8051 ）、一次性 可编程ROM（One Time Programming,简 称OTP）的芯片（典型芯片为97C51）。
（2）控制器
控制器包括程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、数据 指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控 制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。 程序计数器PC：当一条指令按PC所指向的地址从程序存储器中 取出之后，PC的值会自动增量，即指向下一条指令。 堆栈指针SP：用来指示堆栈的起始地址。80C51单片机的堆栈 位于片内RAM中，而且属于“上长型”堆栈，复位后SP被初 始化为07H，使得堆栈实际上由08H单元开始。 指令译码器：当指令送入指令译码器后，由译码器对该指令进 行译码，CPU根据译码器输出的电平信号使定时控制电路产 生执行该指令所需要的各种控制信号。 数据指针寄存器DRTR：它是一个16位寄存器，由高位字节DPH 和低位字节DPL组成，用来存放16位数据存储器的地址，以 便对片外64kB的数据RAM区进行读写操作。
总结51单片机时钟与周期之间的关系
总结51单片机时钟与周期之间的关系 单片机机中,有时钟周期,机器周期,指令周期,初学者往往不能弄清楚他们之间的关系,这里我就简单介绍一下. 在说明之前我首先要明确几个概念,既什么是周期和频率,相信大多数人都知道他们的含义,周期就是物体循环一周的时间,频率就是1 秒钟内循环的次数.单片机是靠脉冲工作的,既一个脉冲单片机产生一个操作.下面言归正传. 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)，既产生一个脉冲的时间,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。
机器周期: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既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。
—个机器周期包括12个时钟周期。
如果一个单片机选择了12MHZ晶振，它的时钟周期是。
单片机复习题
一、简答题1、何谓单片机？单片机与一般微型计算机相比，具有哪些特点？2、简述8051单片机的内部基本结构。
3、程序状态字PSW中主要包含了哪些状态信息？4、什么是时钟周期、机器周期、指令周期？8051CPU机器周期与时钟周期是什么关系？5、若震荡频率f osc=12MHz，则震荡周期、状态周期、机器周期分别为多少？6、如何区别一条访问数据存储器的指令是访问片RAM还是访问片外RAM？7、8051的存储器由哪几部分组成？片内RAM分为哪几个性质和用途不同的区域？8、在8051单片机中，什么是特殊功能寄存器？特殊功能寄存器与其它片内RAM单元有什么区别？9、简述堆栈工作过程和SP的作用。
10、EA引脚有何功能？11、51系列程序存储器的编址规律是怎样的？如何知道单片机执行指令时，是从片内ROM中取指令，还是从片外ROM中取指令？12、访问位地址20H和字节地址20H的区别是什么？13、按照同一优先级中的优先权排队顺序列出MCS-51的中断源和相应的中断入口地址14、MCS-51定时器/计数器作定时器以及计数器使用时，计数脉冲由谁提供？这与什么因素有关？15、已知振荡器振荡频率为12MHz，要求定时器/计数器0产生10ms的定时，试编写初始化程序首先计算TH0、TL0的初值，TH0=D8H，TL0=F0H；其次确定方式寄存器TMOD的值为01H；最后写出初始化程序：START：MOV TL0，#0F0HMOV TH0，#0D8HMOV TMOD，#01HSETB TR016、简述定时器/计数器0、1的4中工作方式的特点。
17、综述P0、P1、P2、P3口各有哪几个功能？18、为何说P1口是“准双向接口”？19、波特率表示什么？8051单片机的串口在4种工作方式下的波特率分别如何确定？20、如异步通信，每个字符由11位组成，串行口每秒钟传送250个字符，则波特率为多少？答：波特率是每秒钟传送的二进制数的位数，所以波特率为11×250＝275021、设串行异步通信的传送速率为2400波特，传送的是带奇偶校验的ASCII码字符，每个字符包含10位（1个起始位，7个数据位，1个奇偶校验位，1个停止符），问每秒钟最多可传送多少个字符？答：2400/10＝24022、串行数据传送的主要优点和用途是什么？23、MCS-51有几个中断优先级？如何设定？24、MCS-51单片机CPU响应中断后，由硬件自动执行哪些操作？25、MCS-51指令系统主要有哪几种寻址方式？请举例说明。
51单片机指令时间计算
51单片机指令时间计算引言：在嵌入式系统中，单片机是一种常用的控制器，而51单片机指令时间计算是评估单片机执行效率的重要指标之一。
本文将详细介绍51单片机指令时间计算的相关内容，包括指令周期、机器周期、时钟周期以及如何计算指令的执行时间。
一、指令周期指令周期是指单片机执行一条指令所需要的时间。
在51单片机中，一个指令周期包括12个机器周期。
每个机器周期的时间为1/12个机器周期。
二、机器周期机器周期是指单片机所需的最小时间单位，由时钟周期决定。
在51单片机中，一个机器周期包括6个时钟周期。
每个时钟周期的时间为1/6个机器周期。
三、时钟周期时钟周期是指单片机内部时钟发生一次跳变所需要的时间。
在51单片机中，时钟周期的时间周期为1/12个机器周期。
四、指令执行时间计算指令执行时间可以通过以下公式计算：指令执行时间 = 指令周期× 时钟周期五、示例计算假设某条指令的指令周期为3个机器周期，时钟周期为1.5个机器周期，则该指令的执行时间计算如下：指令执行时间 = 3个机器周期× 1.5个机器周期 = 4.5个机器周期六、指令执行时间的影响因素1.指令周期的长度：不同的指令周期长度会直接影响指令的执行时间。
指令周期越长，执行时间越长。
2.时钟周期的长度：时钟周期的长度与单片机的工作频率有关。
时钟周期越长，执行时间越长。
3.指令的类型：不同类型的指令可能需要不同的机器周期和时钟周期来执行。
4.指令之间的依赖关系：如果一个指令依赖于前面的指令执行结果，那么它的执行时间将会受到前面指令执行时间的影响。
七、指令执行时间的应用1.性能评估：通过计算指令执行时间，可以评估单片机的性能表现，从而选择合适的单片机。
2.程序优化：了解指令执行时间可以帮助程序员优化程序，提高程序的执行效率。
3.实时系统设计：在实时系统中，需要根据指令执行时间来确定任务的调度策略，以保证系统的实时性。
八、结论51单片机指令时间计算是评估单片机执行效率的重要指标之一，通过计算指令周期、机器周期和时钟周期，可以得到指令的执行时间。
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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。
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。
以51为例,晶振22.1184M，时钟周期(晶振周期)就是(1/22.1184)μs，一个机器周期包含12个时钟周期，一个机器周期就是0.5425μs。
一个机器周期一般是一条指令花费的时间，也有些是2个机器周期的指令，DJNZ，就是双周期指令，所以指令周期为0.5425μs 但不是所有机器周期都等于12个时钟周期的。
一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期。
时钟周期=外接晶振的倒数
机器周期=12乘与时钟周期列24m的晶振一个机器周期=12x1/24 us。