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51单片机定时器初值的计算

2023-05-16

什么是时钟周期？什么是机器周期？什么是指令周期？

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1/12 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。 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。


一、10MS定时器初值的计算： 

          1.晶振12M 

             12MHz除12为1MHz，也就是说一秒=1000000次机器周期。10ms=10000次 机器周期。
              65536-10000=55536(d8f0)  
              TH0=0xd8，TL0=0xf0  
        2.晶振11.0592M 

              11.0592MHz除12为921600Hz，就是一秒921600次机器周期，10ms=9216次机器周期。
              65536-9216=56320(dc00)   
              TH0=0xdc，TL0=0x00

  二、50MS定时器初值的计算：   

       1.晶振12M 
             12MHz除12为1MHz，也就是说一秒=1000000次机器周期。50ms=50000次 机器周期。   

             65536-50000=15536(3cb0) 

             TH0=0x3c，TL0=0xb0

       2.晶振11.0592M 

            11.0592MHz除12为921600Hz，就是一秒921600次机器周期，50ms=46080次机器周期。 

            65536-46080=19456(4c00) 

                TH0=0x4c，TL0=0x00 
 

 三、使用说明 

            以12M晶振为例：每秒钟可以执行1000000次机器周期个机器周期。而T 每次溢出 最多65536 个机器周期。我们尽量应该让溢出中断的次数最少(如50ms)，这样对主程序的干扰也就最小。   开发的时候可能会根据需要更换不同频率的晶振(比如c51单片机，用11.0592M的晶振，很适合产生串口时钟，而12M晶振很方便计算定时器的时间)，使用插接式比较方便。  
             对12MHz  1个机器周期 1us  12/fosc = 1us

             方式0  13位定时器最大时间间隔  = 2^13 = 8.192ms 

             方式1  16位定时器最大时间间隔  = 2^16 = 65.536ms 

             方式2  8位定时器最大时间间隔  = 2^8 = 0.256ms =256 us  定时5ms，计算计时器初值  M = 2^K-X*Fosc/12  12MHz 方式0: K=13,X=5ms,Fosc=12MHz 则 M = 2^13 - 5*10^(-3)*12*10^6/12= 3192 = 0x0C78         THx = 0CH,TLx = 78H, 
              方式1: K=16,X=5ms,Fosc=12MHz 则 M = 2^16 - 5*10^(-3)*12*10^6/12= 60536 = 0xEC78        THx = ECH,TLx = 78H,   

             50ms 12MHz   THx = 3CH,TLx = B0H,         10ms       THx = D8H,TLx = F0H,

            方式2: 最大时间 2^8Fosc/12 = 0.256ms  

            十进制数是怎么来的？   6MHz 一个机器周期 12/6 = 2us   定时1ms  计数初值x (2^16-x)*2us  = 1000us x = 2^16 - 500 ,TH,TL 可置 -500  
             12MHz 一个机器周期 12/12 = 1us 12MHz 一个机器周期 12/12 = 1us 定时50ms  计数初值x (2^16-x)*1us  = 50000us x = 2^16 - 50000 ,TH,TL 可置 -500  定时器  计内部晶振频率 
计数器  计外部输入CPU脚上的脉冲个数  P3.4(T0)  P3.5(T1) 负跳变加一 
当晶振为6MHz时，最高计数频率500KHz
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