为什么单片机需要时钟系统，时钟信号在单片机中扮演怎样的角色？

Posted 2021-02-09 yuanqiangfei

1.单片机内部需要储存器、累加器，这些都需要逻辑门电路。比如锁存器就是一个D触发器，而触发器的置1、清0、置数的功能都需要跳变沿。D触发器就是上升沿后存入数据，而这个上升沿就得外部提供脉冲，这就是脉冲信号 ，而这个脉冲信号就是我们稳定的时钟信号。

2.单片机运行需要时钟支持—–就像计算机的CPU一样，如果没有时钟电路来产生时钟驱动单片机，那单片机就不能执行程序。单片机可以看成是在时钟驱动下的时序逻辑电路。

　　以MCS–51单片机为例：MCS–51单片机为12个机器周期执行一条指令，也就是说单片机运行一条指令必须要用12个时钟周期。没有这个时钟，单片机就跑不起来，也就没办法定时和进行和时间有关的操作。

　　时钟电路是微型计算机的心脏。CPU就是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的。MCS—51的时钟信号可以由两种信号产生：一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号；另一种为外部方式，时钟信号由外部引入。

3.电路中的晶振即石英晶体震荡器。由于晶振具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力，所以，晶振是用来产生时钟信号的，通过时钟信号来控制电路工作。 晶振的应用范围是非常广的，它的质量、频率精度也是差别很大的。通讯系统用的信号发生器的信号源，绝大部分也用的是石英晶体振荡器，通讯系统对晶振的精准度也有比较高的要求。 晶振是时钟电路中最重要的部件，它的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。 晶振在数字电路的基本作用是提供一个时序控制的标准时刻。数字电路的工作是根据电路设计，在某个时刻专门完成特定的任务，如果没有一个时序控制的标准时刻，整个数字电路就会成为“聋子”，不知道什么时刻该做什么事情了。

　　首先我们要明确的一点是，单片机是一个集成芯片，它是由非常复杂的数字电路和其他电路集成的。而数字电路包括时序逻辑电路，可以说，没有时序，就没有数字电路，也就没有单片机。所以，单片机离不开时钟。

其二，单片机中的众多寄存器，存储器等是由D触发器构成，而操作D触发器就需要时钟沿，自然也就离不开时钟。

其三，单片机执行程序需要一个程序计数器，而程序计数器是与时钟脉冲直接挂钩的，每来一个时钟脉冲，程序计数器就加1。就像上面提到的那样，51单片机每12个时钟周期就执行一条程序，没有时钟，单片机就没法执行程序。

所以，说时钟就像是单片机的”心脏”,恰当至极。