单片机学习

╰+攻爆jí腚メ 2022-11-24 11:24 206阅读 0赞

## 单片机晶振周期 ##

用 12MHZ 的晶振 1 秒钟大概要震荡多少次?

频率的单位是赫兹，用 Hz 表示，含义就是 1 秒钟振荡多少次。12MHz = 12，000，000Hz，也就是 1 秒振荡一千二百万次。

**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。通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定 CPU 周期，(也就是计算机通过内部或外部总线进行一次信息传输从而完成一个或几个微操作所需要的时间))，它一般由 12 个时钟周期(振荡周期)组成，也是由 6 个状态周期组成。而振荡周期=1 秒 / 晶振频率，因此单片机的机器周期=12 秒 / 晶振频率 。

**时钟周期**就是时钟振荡周期=1/12M=0.083us  
**机器周期**=12\*时钟周期=12/12M=1us。

**参考文章**：

1.  [探讨晶振和12mhz晶振的机器周期][12mhz]

## 石英晶体常见频率 ##

*  32.768kHz = 215,容易除频到1Hz,广泛用于石英钟表、产品内的实时时钟
 *  3.58MHz（只取到小数二位）美规模拟彩色电视系统（NTSC）的色彩副载波频率，因彩色电视机的使用而大量生产，因此容易取得且价格便宜，后也被许多其他设备广泛采用，例如双音多频的电话机等等
 *  4MHZ常用整数频率
 *  8MHz
 *  10MHz用于标准频率
 *  11.0592MHz = 115,200×96 = 1.8432MHz×6，便于精确产生UART工作频率，且正好是原始的8051 微控制器工作频率上限
 *  12MHz
 *  14.318MHz（只取到小数三位）美规NTSC彩色电视的色彩副载波频率的四倍，早期采用原因是便于产生彩色电视信号且又可兼供其他部分使用，例如Apple II与原始IBM PC，后因容易取得而获广泛采用
 *  16MHz
 *  20MHz
 *  22.1184MHz

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*  PC connectivity（PC连接）常用的晶振频率为14.318MHZ，完整频率为14.31818M。
 *  Touch Panel（触控面板）常用的晶振频率为12MHZ。12MHZ在晶振频率中是一个广泛使用的频点，我们称之为常用频点。
 *  Video（视频）常用的晶振频率为12MHZ，27MHZ。
 *  Audio（音频）常用的晶振频率为24MHZ，也是一个常用频点。
 *  USB（通用串口总线）常用的晶振频率为12M，24M，30M，48M。
 *  GPS/WIFI/BT常用的频率为19.2M，26M，40M。
 *  RFID/NFC（近距离无线通讯技术）常用的晶振频率为13.56MHZ，27.12MHZ。
 *  RF（射频）常用的晶振频率为19.2MHZ，26MHZ，38.4MHZ，39.4MHZ。39.4MHZ为一个较偏频点。
 *  Baseband（基带）常用的晶振频率为32.768KHZ。
 *  Bluetooth（蓝牙)常用的晶振频率为26MHZ，32MHZ，32.768KHZ。

**参考文章**：

1.  [石英晶体谐振器][Link 1]
2.  [手机内部常用到的晶振频点有哪些][Link 2]

## 单片机的时延函数 ##

参考了51单片机 Keil C 延时程序的简单研究，自己也亲身测试和计算了一些已有的延时函数。

这里假定单片机是时钟频率为12MHz，则一个机器周期为：1us.

由51单片机 Keil C 延时程序的简单研究，可知在Keil C中获得最为准确的延时函数将是:

void delay(unsigned char t)
    { 
        while(--t);
    }

反汇编代码如下：  
![反汇编代码][20200806102220315.png]  
执行DJNZ指令需要2个机器周期，RET指令同样需要2个机器周期，根据输入t，在不计算调用delay()所需时间的情况下，具体时间延时如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>t</th> 
   <th>Delay Time (us)</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td>2×1+2 ＝4</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td>2×2＋2＝6</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>N</td> 
   <td>2×N＋2＝2(N＋1)</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

当在main函数中调用delay(1)时， 进行反汇编如下：  
![main中调用delay][main_delay]  
调用delay()时，多执行了两条指令，其中MOV R, \#data需要1个机器周期，LJMP需要2个机器周期，即调用delay()需要3us.

Keil C仿真截图与计算过程:  
![keil C仿真][keil C]  
加上调用时间，准确的计算时间延时与Keil C仿真对比如下：(可见,仿真结果和计算结果是很接近的)

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>t</th> 
   <th>Delay Time (us)</th> 
   <th>仿真11.0592Mhz时钟(us)</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td>3＋2×1+2 ＝7 | 7.7(实际)</td> 
   <td>7.6</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td>3＋2×2＋2＝9 | 9.9</td> 
   <td>9.76</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>N</td> 
   <td>3＋2×N＋2＝2N＋5 | (2N+5)*1.1</td> 
   <td>/</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>3</td> 
   <td>11 | 12.1</td> 
   <td>11.94</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>15</td> 
   <td>35 | 38.5</td> 
   <td>37.98</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>100</td> 
   <td>205 | 225.5</td> 
   <td>222.44</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>255</td> 
   <td>515 | 566.5</td> 
   <td>558.81</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

也就是说，这个延时函数的精度为2us，最小的时间延时为7us，最大的时间延时为3+255×2＋2＝515us.  
实际中使用11.0592MHz的时钟，这个延时函数的精度将为2.2us，最小时间延时为7.7us, 最大时间延时为566.5us.

**参考文章**：

1.  用C51编写单片机延时函数

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## 单片机自学教程（来自极客学院） ##

*  单片机教程一  
    ![教程一][20200806105248369.png]
 *  单片机教程二  
    ![教程二][20200806105315502.png]
 *  单片机教程三  
    ![教程三][20200806105335315.png]

[12mhz]: https://www.eefocus.com/component/460859
[Link 1]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9F%B3%E8%8B%B1%E6%99%B6%E4%BD%93%E8%B0%90%E6%8C%AF%E5%99%A8
[Link 2]: http://www.ruitairt.com/Article/sjnbcyddjz_1.html
[20200806102220315.png]: /images/20221124/8756a15f6f0d4be9b64420c46eefd14a.png
[main_delay]: /images/20221124/989af254b36742ebbc732c23c76a9849.png
[keil C]: /images/20221124/e9162810070f4b6aba67dad8db3e6501.png
[20200806105248369.png]: /images/20221124/ff81427531f04388aebc2c448340546c.png
[20200806105315502.png]: /images/20221124/0f72e7c4f6054930a9a1596748fb991d.png
[20200806105335315.png]: /images/20221124/edebbf8f07a74e3aac3a264418f80dc5.png