51 機(jī)器周期 時(shí)鐘周期 晶振頻率 定時(shí)器初值計(jì)算

1 機(jī)器周期

在計(jì)算機(jī)中，為了便于管理，常把一條指令的執(zhí)行過(guò)程劃分為若干個(gè)階段，每一階段完成一項(xiàng)工作。例如，取指令、存儲(chǔ)器讀、存儲(chǔ)器寫(xiě)等，這每一項(xiàng)工作稱為一個(gè)基本操作。完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間稱為機(jī)器周期（如單片機(jī)中“計(jì)數(shù)器”完成加1這個(gè)過(guò)程也是一個(gè)機(jī)器周期）。一般情況下，一個(gè)機(jī)器周期由若干個(gè)S周期（時(shí)鐘周期）組成。通常用內(nèi)存中讀取一個(gè)指令字的最短時(shí)間來(lái)規(guī)定CPU周期，(也就是 計(jì)算機(jī)通過(guò)內(nèi)部或外部總線進(jìn)行一次信息傳輸從而完成一個(gè)或幾個(gè)微操作所需要的時(shí)間）),它一般由12個(gè)時(shí)鐘周期組成。

2 時(shí)鐘周期

時(shí)鐘周期=1秒/晶振頻率，晶振頻率的值即為時(shí)鐘頻率的值。因此單片機(jī)的機(jī)器周期=12秒/晶振頻率。

3 晶振頻率

單片機(jī)開(kāi)發(fā)板、學(xué)習(xí)板成型之時(shí)相應(yīng)的晶振頻率也已經(jīng)被確定了。51單片機(jī)常用的晶振頻率有11.059 2MHz、12MHz或其它值，^-^。

4 定時(shí)器初值計(jì)算

定時(shí)器一旦被啟動(dòng)，它就會(huì)在原來(lái)初值的基礎(chǔ)之上加1，當(dāng)計(jì)滿時(shí)重新歸0。51單片機(jī)的定時(shí)器寄存器為16位，假設(shè)此51單片機(jī)的晶振頻率為12MHZ，則根據(jù)機(jī)器周期概念及機(jī)器周期、時(shí)鐘周期、晶振頻率關(guān)系可知機(jī)器周期（即計(jì)數(shù)一次的時(shí)間）= 12 * （1 / 12MHZ） = 1us。這就表明，此51單片機(jī)的定時(shí)寄存器實(shí)現(xiàn)加1操作這個(gè)過(guò)程將要花1us的時(shí)間[ “計(jì)數(shù)這個(gè)硬件結(jié)構(gòu)”達(dá)到加1的結(jié)果需要12個(gè)脈沖(或高電平) 么]，如果此16位寄存器從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，則計(jì)到此寄存器下次為0時(shí)需要計(jì)2的16次方（65536）個(gè)數(shù)（計(jì)滿只需要65535個(gè)數(shù)），所以定時(shí)器一次最多可以計(jì)時(shí)65536us。

如果現(xiàn)在需要定時(shí)器每次定時(shí)時(shí)間T少于65536us，則需要給定時(shí)器寄存器設(shè)一個(gè)初值N。根據(jù)計(jì)m個(gè)數(shù)就對(duì)應(yīng)m us可得N = （65536 - T）。得到的N值就是需要裝入定時(shí)器寄存器的值。

咱們的51單片機(jī)定時(shí)器寄存器為16位，分高8位THn和低8位TLn(n=0, 1, 2).....，一般咱還得以8位為單位進(jìn)行裝值。將高8位THn裝入N / 256(取模)，將低8位TLn裝入 N % 256即可，這兩種運(yùn)算得到的結(jié)果都是10進(jìn)制的，將得到的值換算為二進(jìn)制（或16）再裝入高、低8位。得到定時(shí)器初值計(jì)算公式：

THn = (65536 - T) / 256

TLn = (65536 - T) % 256

其中THn，TLn表示響應(yīng)定時(shí)器寄存器的高低8位。T表示需要被定時(shí)的微秒數(shù)， ‘/’表示取模運(yùn)算， ‘%’表示取余運(yùn)算

為什么對(duì)高8位取模對(duì)低8位取余就可以呢？

圖1. N 取模 取余原理圖

圖中將8個(gè)二進(jìn)制位看成一個(gè)單位，低8位表示數(shù)的范圍[0, 255]，高8位表示數(shù)的范圍[0, 255 * 256]，得到高8位是低8位的256倍。不防將此16位表示的十進(jìn)制數(shù)看成256進(jìn)制數(shù)。，然后對(duì)數(shù)的求模值放在256位（此位的值等于實(shí)際值（8位二進(jìn)制換算得來(lái)）乘以權(quán)值256），對(duì)數(shù)的求余放在個(gè)位（此位的值等于實(shí)際值（8位二進(jìn)制換算得來(lái)）乘以權(quán)值1），然后將得來(lái)的數(shù)求和就是此數(shù)了。就相當(dāng)于一個(gè)十進(jìn)制數(shù)K一樣，K取10 的模得到十位的值，K取10的余得到個(gè)位的值。沒(méi)注意就想到了這點(diǎn)，忽悠出來(lái)一個(gè)256進(jìn)制數(shù)的求模求余算法。

我猜一下：我覺(jué)得關(guān)于十進(jìn)制數(shù)的算法應(yīng)該是符合任意一種進(jìn)制數(shù)的算法的，小學(xué)的數(shù)學(xué)只是以十進(jìn)制為載體，思想可用于任意進(jìn)制數(shù)，然后數(shù)也可以是任意進(jìn)制的,看此進(jìn)制數(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的用途來(lái)決定其出現(xiàn)的頻率了