引言

如果电子元件没有时钟，你怎么知道你的信号的频率是多少？频率的定义是一秒振荡的次数。一秒是多久？那么为了知道一秒是多久，电子元件的时钟就很重要了，我们通过频率准确的晶振来产生振荡信号。因为晶振的频率是固定的，那么根据晶振的频率我们就能定义一秒是多长，可以得到信号的频率是多少。这样就不会因为时间的差异导致对信号的接收出现问题。

什么是脉冲

上图的一个方波称为一个脉冲，类似于人类的脉搏跳动。对于每一个方形脉冲，电压或电路从0上升到最大值的那条线叫做上升沿；反之，电压或电流逐渐下降的那条线叫做下降沿。一个脉冲称为CPU的一个时钟信号，或者时钟脉冲。一个脉冲周期就叫CPU时钟周期，一个时钟周期内时钟信号震荡一次。

脉冲的单位

两个脉冲相继出现的间隔时间，就是脉冲周期，它是频率的倒数；而将在单位时间（1秒）内所产生的脉冲个数称为频率。

• 频率的单位有：Hz（赫）、kHz（千赫）、MHz（兆赫）、GHz（吉赫）。
• 其中1GHz=1000MHz，1MHz=1000kHz，1kHz=1000Hz。
• 计算脉冲信号周期的时间单位及相应的换算关系是：s（秒）、ms（毫秒）、μs（微秒）、ns（纳秒）
• 其中：1s=1000ms，1 ms=1000μs（微秒），1μs=1000ns。

单片机的时钟周期 ，机器周期，指令周期

1、时钟周期，也称为振荡周期：定义为时钟脉冲的倒数，在单片机中也就等于晶振的倒数。

51单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍（用P表示），2个节拍定义为状态周期（用S表示）

时钟周期是单片机中最小的时间单位。

eg：12M晶振的单片机，时钟周期=振荡周期=1/12 us。

2、机器周期：定义为完成一项基本操作所需要的时间，称为机器周期。

在计算机中，为了方便管理，把一条指令的执行过程分为若干个阶段，每个阶段去执行一项基本操作。

如：取指令，存储器读，存储器写等。

在51单片机中1个机器周期由6个状态周期组成，也就是12个时钟周期=12 x 1/12 us =1 us

定义机器周期是因为时钟周期时间太短，根本做不了什么。

3、指令周期：定义为执行一条指令所需的时间。

通常，包含一个机器周期的指令称为单周期指令，比如 MOV指令，CLR指令等。

包含两个机器周期的指令称为双周期指令。

另外还有四周期指令。

时钟振荡电路

时钟振荡电路中精确地确定振荡频率，它与所属电路系统中的主芯片内部的振荡电路配合，共同组成“石英晶体谐振器”（简称“晶振”），产生主板上各个系统所必需的时钟信号。工作时，首先由主芯片内部的“多谐振荡器”产生一个频谱很宽的振荡，这个包含有多种“谐频”的振荡信号从主芯片输出后，直接加到晶体的两端，通过晶体的“精确选频”作用，确定一个所需要的时钟频率之后，再反馈回芯片内部去控制“多谐振荡器”的振荡频率。这样，整个时钟发生器就在晶体选定的频率上工作，产生一个频率稳定、幅度恒定的时钟脉冲，提供给主芯片内部的各个系统，使这些结构不同、功能各异的电路在“时钟”的控制下，按照统一的“节奏”、数据传输速率（ bit/s）以及规定的“时序”（时间顺序）相互配合、互相协调地工作，从而完成这个单元电路系统中的主芯片所担负的功能。

简单的说时钟电路就是一个振荡器，给单片机提供一个节拍，单片机执行各种操作必须在这个节拍的控制下才能进行。因此单片机没有时钟电路是不会正常工作的。时钟电路本身是不会控制什么东西，而是你通过程序让单片机根据时钟来做相应的工作。

几乎所有的数字系统在处理信号都是按节拍一步一步地进行的，系统各部分也是按节拍做的，要使电路的各部分统一节拍就需要一个“时钟信号”，产生这个时钟信号的电路就是时钟电路。

时钟电路的核心是个比较稳定的振荡器（一般都用晶体振荡器），振荡器产生的是正弦波，频率不一定是电路工作的时钟频率，所以要把这正弦波进行分频，处理，形成时钟脉冲，然后分配到需要的地方。让系统里各部分工作时使用。