3 C8051F单片机的时钟系统

C8051F340单片机的时钟系统

一、综述

计算机，包括单片机，来运行程序，都是在时钟的驱使下一步一步完成的，不同的是，不同的计算机，其时钟的频率有很大的不同。C8051F340单片机的标称频率是48MHZ，在8位单片机的范畴里，属于较高频率的单片机，但与CORTEX –M系列的32位单片机来比，它的频率实在是算不上高。

C8051F340单片机的时钟称SYSCLK，中文称系统时钟。一个系统时钟的时钟周期，一般说来，程序可以运行一条指令。

二、时钟源

SYSCLK从哪里来？当然从震荡电路来。震荡电路，在单片机内部有两套，一套是高频的，是12MHz，经过适当分频或不分频，可以做为SYSCLK。另一套是80K，经过适当分频或不分频，也可以做为SYSCLK来使用，但是频率太低了，只能用在极低速度的检测场合，或低功耗场合，或休眠模式下。

在单片机外面，还可以加一套高精度的震荡电路，一般用石英晶体，该电路可以直接做为SYSCLK来使用。

单片机内部，还有一套频率乘法器（倍频器），有4倍和2倍两种输出，都可以做为SYSCLK来使用。频率乘法器的频率输入可以来自外部震荡电路，或外部震荡电路的一半，也可以来自片内高频振荡12MHz。

可以看出，单片机的SYSCLK的来源十分丰富，SYSCLK应该从哪里来？是多少？这些都是通过相关寄存器来配置的。

三、内部高频振荡器

内部高频振荡器的频率是12MHz，单片机的SYSCLK可以从该频率适当分频或不分频来得到，分频系数由内部高频振荡器控制寄存器 OSCICN来设定。

可以看出，上电后的单片面，运行在8分频模式下，SYSCLK只有1.5MHz,适当配置这个寄存器，SYSCLK可以变成3M，6M，12M。

四、内部低频振荡器

C8051F340含一个低频内部振荡器，该振荡器的标称频率为80KHz。该

震荡器的频率输出，经过适当分频或不分频来，也可以做为SYSCLK，分频系数通过低频内部振荡器控制寄存器OSCLCN来设定。

五、外部振荡器

外部振荡器电路可以采用外部晶体、陶瓷谐振器、电容或RC网络，我们这里只研究用石英晶体振荡器。这个石英晶体的参数，只能在30M以下，这个振荡电路要想正常工作，还要正确配置一个寄存器，这个寄存器叫：外部振荡器控制寄存器OSCXCN。

由下表知，要想让晶体工作，需要将OSCXCN的第6-4位，设置成“110”或“111”，同时根据您所安装的晶体的参数，正确配置OSCXCN的第2-0位。假设我们安装的晶体是6M，则需要将OSCXCN的第2-0位“110”，如果我们安装的晶体是24M，则需要将OSCXCN的第2-0位“111”。

晶体振荡电路有一个稳定过程，刚把OSCXCN配置完，这个晶体振荡电路还不能立即做为SYSCLK，要等待一段时间，哪什么时候，它工作就稳定的呢？这时要查看OSCXCN的第7位，如果该位是“1”，则表示晶体已经工作稳定了，如果该位还是“0”，则表示晶体工作不稳定，要继续等待。

内部高频振荡器也有类似的等待过程，但是单片机上电后，内部振荡器已经正常运行，不用我们的程序来干预了。内部低频振荡器也有这种稳定过程，但是程序运行一般不用这种模式，所以问题并不突出。下面要说的频率乘法器，也有这种稳定过程，我们就不在赘述。

这个石英晶体安装在哪呢？安装在P0.6、P0.7这两个管脚上，一旦装上晶体，P0.6、P0.7这两个管脚就不能做为普通的IO口来使用了。另外，两个30P的电容也是需要的，请参阅相关电路图。

还要将这两个管脚设置成模拟输入、分配跳过。模拟输入，需将P0MDIN的第六、七位设成“0、0”。分配跳过，需将P0SKIP的第六、七位设置成“1、1”。

P0MDIN&=0x3F; P0SKIP|=0xC0;

五、时钟乘法器

时钟乘法器上电后是不启动的，如果有必要，可以向控制寄存器CLKMUL写入控制字，来启动该电路工作。

向CLKMUL的第七位写入“1”，就就启动乘法器电路了，乘法器，是否工作稳定，可以查看该寄存器的第五位，第五位若为“1”，就表示乘法器已经工作稳定了。

乘法器的频率源，可以是内部高频振荡器、外部振荡器、外部振荡器的一半，通过向该寄存器的1、0两位写入适当的控制字来选择。

六、 系统时钟选择

内部高低频振荡器、外部振荡器、乘法器，给C8051F340单片机提供了多种系统时钟选择方案。通过向时钟选择寄存器CLKSEL写入适当的控制字，就可以选择不同的时钟了。可以看出，外部接12M晶体，通过乘法器输出，就可以得到48M的SYSCLK了。

这个寄存器高半字节，是用来选择USB时钟的，现在我们不涉及，低半字节，是用来选择单片机的系统时钟SYSCLK的。再强调一遍，选择时钟，心须等被选时钟的相关电路稳定后才能进行，对单片机来说，就是要查看相关寄存器的标志位了。

七、举例

单片机的P0.6、P0.7引脚接上8M晶体，通过按键，来设置与时钟相关的寄存器，使SYSCLK分别为80KHz、8MHz、12MHz、32MHz。同学们观察数码管数值的变化频率、流水灯的流速、蜂鸣器的鸣笛频率，来体验单片机的不同的运行速度。

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