下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
本节通过用单片机控制一个灯（发光二极管）闪烁的实例来介绍单片机的工作频率。本例采用的电路原理图如图2-23所示。
P1.0输出低电平时，使D1正向偏置，就会点亮发光二极管LED；P1.0输出高电平时，LED熄灭。如果P1.0输出电平在高低电平之间不停转换，则LED灯会产生闪烁。也就是说，先点亮LED灯一段时间之后，再熄灭LED灯，再延时一段时间后点亮LED灯，如此反复（可用循环语句实现）。
先建立文件夹“ex4”，然后建立“ex4”工程项目，最后建立源程序文件“ex4.c”。输入以下源程序：
为了验证程序的运行效果，经Keil软件编译通过后，可利用Proteus软件进行仿真。这里我们仍使用第2章实例3的仿真原理图来进行仿真。为了验证LED的闪烁频率，在Proteus仿真原理图中单击图3-1所示的虚拟仪表按钮，从弹出的列表框中选OSCILLOSCOPE（示波器），并将输入端A连接在P1.0引脚上以观察其输出电平的变化，结果如图3-2所示。
图3-1 示波器的添加
用鼠标右键单击单片机AT89C51，从弹出的快捷菜单中选择“Edit properties”命令，弹出“EditComponent”对话框，在“Programe File”文本框中载入编译好的“ex4.hex”，并在“Clock Frequency”文本框中输入“24MHz”，单击“OK”按钮。然后单击运行按钮启动仿真，可以看到LED以较快的频率闪烁，同时示波器输出一系列矩形波。为便于观察，在图3-3所示的示波器控制面板上进行参数设置：
电压幅值：2V/格
分辨率：0.1s/格
图3-2 在仿真原理图中添加示波器
图3-3 对示波器参数进行设置
结果如图3-4（a）所示。为了研究单片机工作频率对灯闪烁速度的影响，在仿真原理图中用鼠标右键单击单片机AT89C51，从弹出的快捷菜单中选择“Edit Properties”命令，弹出“Edit Component”对话框，在“Clock Frequency”文本框中将已输入的“24MHz”改为“2MHz”，单击“OK”按钮。然后单击运行按钮再次启动仿真，可以看到LED的闪烁频率明显变慢，同时还可以看到P1.0引脚的输出电平脉宽明显增大，结果如图3-4（b）所示。
图3-4 P1.0引脚的输出电平信号波形
为什么单片机时钟频率（工作频率）的改变会引起灯闪烁速度的明显变化？弄清楚这个问题非常重要。
单片机需要一个时钟信号送给内部各电路，才能使它们有节拍地工作。时钟信号的频率由外部振荡电路的晶振频率决定。如果外接晶振的频率是12MHz，则外部振荡电路送给单片机时钟信号的频率也是12MHz。此时，我们说单片机的工作频率就是12MHz。以下是与工作频率相关的几个重要概念。
振荡周期：为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。例如，单片机外接晶振频率是12MHz时，则振荡周期就是（1/12MHz）=（1/12）μs。
机器周期：51系列单片机的一个机器周期由12个振荡周期组成。如果一个单片机的工作频率是12MHz，那么它的工作周期就是（1/12）μs，其机器周期就是12×（1/12）μs=1μs；如果单片机的外接晶振频率为11.0592MHz，其机器周期就是12×（1/11.0592）μs=1.085μs。
指令周期：单片机执行一条指令所用的时间。一般来说，单片机执行1个简单指令需要一个机器周期，执行复杂指令需要两个机器周期。因为一个机器周期非常短，一般只有1～2μs，所以单片机工作速度非常快。
本例灯的闪烁时间是通过延时程序来实现的，即让单片机等待（空操作）若干个机器周期。通过以下比较可以看出时钟频率对灯的闪烁速度的影响：
当时钟频率为24MHz时，一个机器周期为12×（1/24）μs=0.5μs
当时钟频率为2MHz时，一个机器周期为12×（1/2）μs=6μs
显然时钟频率越低，延时的时间就越长，灯的闪烁速度就越慢。