2.1.6 AT89S51/AT89S52单片机的时钟电路与时序
单片机在时钟信号控制下严格按照时序执行命令进行工作。这个时钟信号是由单片机的时钟电路发出的。
单片机工作时，CPU首次从程序存储器中取出要执行的指令，然后通过译码电路对指令进行译码，再通过相应的控制信号完成指令所规定的操作。
1.时钟电路
时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号。AT89S51/AT89S52单片机的时钟信号通常有两种产生方式，即内部时钟方式和外部时钟方式。
1）内部时钟方式
内部时钟方式利用单片机内部的振荡器，在单片机引脚XTAL1（19引脚）和XTAL2（18引脚）两端连接石英晶体（简称晶振），构成稳定的自激振荡器，如图2.8（a）所示。
自激振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路，晶振两端的电容一般选择为30 pF左右，这两个电容对频率有微调的作用，同时还起到稳定频率和快速起振的作用。晶振的频率范围可在1.2～12 MHz之间选择，典型值为12 MHz和6 MHz。电容C1和C2的大小对振荡频率有微小影响，可起频率微调作用。为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定、可靠地工作，振荡器和电容应安装得尽可能与单片机芯片靠近。
2）外部时钟方式
外部时钟方式是把单片机外部已有的时钟信号接入XTAL1或XTAL2。由于单片机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，接线方式为外部时钟信号接到引脚XTAL1，而引脚XTAL2悬空，如图2.8（b）所示。此方式常用于多片单片机同时工作的情况，以保证各单片机的同步。由于XTA L2的电平不是TTL电平，故应连接一上拉电阻。一般要求外部信号高电平的持续时间大于30 ns，且频率低于12 MHz的方波信号。
图2.8 AT89S51/AT89S52单片机的时钟电路
单片机在实际使用中通常采用外接晶体的内部时钟方式，因为可以通过高的晶振频率提高指令执行的速度。
2.时序
CPU执行指令都是严格按照时间顺序（时序）进行的。时序用于表达指令执行中各控制信号在时间上的相互关系。单片机的时序定时单位有振荡周期（又称为时钟周期）、状态周期、机器周期和指令周期，各时序均与振荡周期有关，如图2.9所示。
1）振荡周期或节拍
将振荡脉冲的周期定义为振荡周期，用P表示。它就是晶体的振荡周期，是单片机中最小的时序单位，若时钟频率为fosc，则时钟周期Tosc=1/fosc。
图2.9 各周期之间的关系
2）状态周期
振荡脉冲经过二分频后，可得到单片机的状态周期（也称为时钟周期），用S表示，1个状态周期由2个节拍组成。
3）机器周期
若把CPU一条指令的过程划分成几个基本操作，如取指令、译码指令等，则完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。AT89S51/AT89S52的1个机器周期包含12个时钟周期，例如，若晶振频率为12 MHz，则机器周期为1μs；若晶振频率为6 MHz，则机器周期为2μs。
1个机器周期由6个状态周期（12个节拍或振荡周期）组成。
4）指令周期
指令周期是执行一条指令所需的时间。由于单片机中有单字节指令、双字节指令和三字节指令，因此执行一条指令的时间也不尽相同，一般1个指令周期由1～4个机器周期组成，不同指令所需的机器周期也是不同的。从指令的执行时间来看，单字节指令和双字节指令一般为单机器周期和双机器周期，三字节指令都是双机器周期。
如果将一条指令的执行划分为几个基本操作，则完成一个基本操作所需的时间即机器周期。规定6个状态为1个机器周期，依次表示为S1～S6。由于一个状态包含2个节拍，因此1个机器周期包含12个节拍，表示为S1P1，S1P2，…，S6P1，S6P2。