單片機(jī)時序基礎(chǔ)知識

　　單片機(jī)時序是指單片機(jī)執(zhí)行指令時應(yīng)發(fā)出的控制信號的時間序列。這些控制信號在時間上的相互關(guān)系就是CPU的時序。它是一系列具有時間順序的脈沖信號。

　　CPU發(fā)出的時序有兩類：一類用于片內(nèi)各功能部件的控制，它們是芯片設(shè)計師關(guān)注的問題，對用戶沒有什么意義。另一類用于片外存儲器或I/O端口的控制，需要通過器件的控制引腳送到片外，這部分時序?qū)Ψ治?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/1751/" target="_blank">硬件電路的原理至關(guān)重要，也是軟件編程遵循的原則，需要認(rèn)真掌握。

　　CPU發(fā)出的時序有兩類：一類用于片內(nèi)各功能部件的控制，它們是芯片設(shè)計師關(guān)注的問題，對用戶沒有什么意義。另一類用于單片機(jī)外部芯片的控制，這部分時序?qū)Ψ治鲇布娐返脑碇陵P(guān)重要，也是軟件編程遵循的原則。

　　操作時序永遠(yuǎn)使用是任何一片IC芯片的最主要的內(nèi)容。一個芯片的所有使用細(xì)節(jié)都會在它的官方器件手冊上包含。所以使用一個器件事情，要充分做好的第一件事就是要把它的器件手冊上有用的內(nèi)容提取，掌握其工作時序。

　　一、周期

　　1、時鐘周期

　　時鐘電路產(chǎn)生時鐘信號的周期我們叫時鐘周期（振蕩周期）。

　　單片機(jī)通電后就產(chǎn)生了固定標(biāo)稱值的脈沖信號，單片機(jī)就是在脈沖信號的驅(qū)動下順序地從ROM中（程序存儲器）取出指令一條一條的順序執(zhí)行，然后進(jìn)行一系列的微操作控制，來完成各種指定的動作。

　　2、機(jī)器周期

　　單片機(jī)每訪問一次存儲器的時間我們把它稱為一個機(jī)器周期，它是一個時間基準(zhǔn)就象我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫拿胍粯?。單片機(jī)中一個機(jī)器周期包括12個振蕩周期。振蕩周期就是振蕩源的周期也就是我們使用的晶振的時間周期。一個12M的晶振它的時間周期是1/12微秒，那么使用12M晶振的單片機(jī)它的一個機(jī)器周期就應(yīng)該等于12*1/12微秒，也就是1微秒。

　　3、指令周期

　　單片機(jī)中有些指令只要一個機(jī)器周期而有些指令則需要兩個或三個機(jī)器周期另外還有兩條指令需要4個機(jī)器周期。如何衡量指令執(zhí)行時間的長短我們就要用到一個新的概念：指令周期，即執(zhí)行一條指令所需的機(jī)器周期。

　　二、時鐘電路

　　單片機(jī)時鐘電路有三種方式：

　　1、單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端，XTAL1和XTAL2需外接上晶體和合適的電容。

　　2、有的單片機(jī)內(nèi)部也自帶時鐘電路，用于產(chǎn)生時鐘信號。

　　3、單片機(jī)管腳XTAL2直接接晶振。

　　單片機(jī)時序圖怎么看

　　了解了單片機(jī)的時序基礎(chǔ)知識肯定想知道單片機(jī)的時序圖怎么看，接下來我們以液晶1602為例，分析其操作時序。其基本時序有讀狀態(tài)，寫指令，讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)。

　　引腳的功能數(shù)據(jù)表：

　　我們只需要關(guān)注以下幾個管腳：

　　3腳：VL，液晶顯示偏壓信號，用于調(diào)整LCD1602的顯示對比度，一般會外接電位器用以調(diào)整偏壓信號，注意此腳電壓為0時可以得到最強(qiáng)的對比度。

　　4腳：RS，數(shù)據(jù)/命令選擇端，當(dāng)此腳為高電平時，可以對1602進(jìn)行數(shù)據(jù)字節(jié)的傳輸操作，而此腳為低電平時，則是進(jìn)行命令字節(jié)的傳輸操作。命令字節(jié)，即是用來對LCD1602的一些工作方式作設(shè)置的字節(jié);數(shù)據(jù)字節(jié)，即使用以在1602上顯示的字節(jié)。值得一提的是，LCD1602的數(shù)據(jù)是8位的。

　　5腳：R/W，讀寫選擇端。當(dāng)此腳為高電平可對LCD1602進(jìn)行讀數(shù)據(jù)操作，反之進(jìn)行寫數(shù)據(jù)操作。筆者認(rèn)為，此腳其實用處不大，直接接地永久置為低電平也不會影響其正常工作。但是尚未經(jīng)過復(fù)雜系統(tǒng)驗證，保留此意見。

　　6腳：E，使能信號，其實是LCD1602的數(shù)據(jù)控制時鐘信號，利用該信號的上升沿實現(xiàn)對LCD1602的數(shù)據(jù)傳輸。

　　7~14腳：8位并行數(shù)據(jù)口，使得對LCD1602的數(shù)據(jù)讀寫大為方便。

　　LCD1602的操作時序詳解

　　在此，我們可以先不讀出它的數(shù)據(jù)的狀態(tài)或者數(shù)據(jù)本身。所以只需要看兩個寫時序：

　?、?當(dāng)我們要寫指令字，設(shè)置LCD1602的工作方式時：需要把RS置為低電平，RW置為低電平，然后將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)口D0~D7，最后E引腳一個高脈沖將數(shù)據(jù)寫入。

　?、?當(dāng)我們要寫入數(shù)據(jù)字，在1602上實現(xiàn)顯示時：需要把RS置為高電平，RW置為低電平，然后將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)口D0~D7，最后E引腳一個高脈沖將數(shù)據(jù)寫入。

　　發(fā)現(xiàn)了么，寫指令和寫數(shù)據(jù)，差別僅僅在于RS的電平不一樣而已。以下是LCD1602的時序圖：

　　大家要慢慢學(xué)會看時序圖，要知道操作一個器件的精華便蘊(yùn)藏在其中，看懂看準(zhǔn)了時序，你操控這個芯片就是非常容易的事了。1602的時序是我見過的一個最簡單的時序：

　　大家要懂得估計主控芯片的指令時間，可以在官方數(shù)據(jù)手冊上查到MCU的一些級別參數(shù)。比如我們現(xiàn)在用AVR M16做為主控芯片，外部12MHz晶振，指令周期就是一個時鐘周期為（2/12MHz）s，所以至少確定了它執(zhí)行一條指令的時間是us級別的。

　　我們看到，以上給的時間參數(shù)全部是ns級別的，所以即便我們在程序里不加延時程序，也應(yīng)該可以很好的配合LCD1602的時序要求了。怎么看這個表呢？很簡單，我們在時序圖里可以找到TR1，對應(yīng)時序參數(shù)表，可以查到這個是E上升沿/下降沿時間，最大值為25ns，表示E引腳上的電平變化，必須在最大為25ns之內(nèi)的時間完成。大家看是不是這個意思？

　　現(xiàn)在我來解讀我對這個時序圖的理解：

　　當(dāng)要寫命令字節(jié)的時候，時間由左往右，RS變?yōu)榈碗娖剑琑/W變?yōu)榈碗娖?，注意看是RS的狀態(tài)先變化完成。然后這時，DB0~DB7上數(shù)據(jù)進(jìn)入有效階段，接著E引腳有一個整脈沖的跳變，接著要維持時間最小值為tpw=400ns的E脈沖寬度。然后E引腳負(fù)跳變，RS電平變化，R/W電平變化。這樣便是一個完整的LCD1602寫命令的時序。

　　看時序圖需要注意的問題：

　　1、注意時間軸，從左往右的方向為時間正向軸，即時間在增長。

　　2、時序圖最左邊一般是某一根引腳的標(biāo)識，表示此行圖線體現(xiàn)該引腳的變化，上圖分別標(biāo)明了RS、R/W、E、DB0~DB7四類引腳的時序變化。

　　3、有線交叉狀的部分，表示電平在變化。

　　4、兩條平行線分別對應(yīng)高低電平，如上圖右上角所示。

　　5、密封的菱形部分，表示數(shù)據(jù)有效，Valid Data這個詞也顯示了這點。

　　6、時序圖里各個引腳的電平變化，基于的時間軸是一致的。一定要嚴(yán)格按照時間軸的增長方向來精確地觀察時序圖。要讓器件嚴(yán)格的遵守時序圖的變化。

　　7、時間的標(biāo)注，也是個十分重要的信息，這些時間的標(biāo)注表明了某些狀態(tài)所要維持的最短或最長時間。因為器件的工作速度也是有限的，一般都跟不上主控芯片的速度，所以它們直接之間要有時序配合。下面是時序參數(shù)表：