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时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证工作方式的同步，所有的工作都必须在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行。时序就是单片机内部及内部与外部相互遵守的规律。
在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接石英晶体和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，振荡频率由外接石英晶体确定。这就是单片机的时钟振荡电路，如图2-9所示。
一般地，电容C1和C2取30 pF左右，晶体的振荡频率范围是1.2～12MHz。如果晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机的运行速度也就快。但通常情况下，使用的振荡频率为6MHz或12MHz。
在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入唯一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。这时，外部的脉冲信号经XTAL2引脚输入，其连接如图2-10所示。
图2-9 时钟振荡电路
图2-10 外部时钟源接法
时序是用定时单位来说明的。MCS-51的时序定时单位有振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期。各种周期之间的关系如图2-11所示。
图2-11 各种周期之间的关系图
（1）振荡周期
振荡周期指为单片机提供定时信号的振荡源的周期（用P表示）。
（2）时钟周期
时钟周期又称为状态周期或状态时间（用S表示），是振荡周期的两倍，它分成P1节拍和P2节拍，P1节拍通常完成算术逻辑操作，而内部寄存器间传送通常在P2节拍完成。
（3）机器周期
若将一条指令的执行过程划分为几个基本操作，则完成一个基本操作所需的时间称为机器周期。一个机器周期由6个状态周期（12个振荡脉冲）组成，分为6个状态：S1～S6。每个状态又分为2拍：P1和P2。因此，一个机器周期中的12个振荡周期表示为SIP1、S1P2、……、S6P1、S6P2。也是振荡脉冲的十二分频。
（4）指令周期
指令周期是最大的时序定时单位，执行一条指令所需要的时间称为指令周期。它一般由若干个机器周期组成。不同的指令，所需要的机器周期数也不相同。通常，包含一个机器周期的指令称为单周期指令，包含两个机器周期的指令称为双周期指令，依此类推。
若外接晶振为6MHz若外接晶振为12MHz
振荡周期：1/6 µs振荡周期：1/12 µs
时钟周期：1/3 µs时钟周期：1/6 µs
机器周期：2 µs机器周期：1 µs
指令周期：2～8 µs指令周期：1～4 µs
指令的运算速度与指令所包含的机器周期有关，机器周期数越少的指令，执行速度越快。如图2-12所示的是取MCS-51单片机指令/执行指令的周期时序。
MCS-51单片机共有111条指令，全部指令按其占用的字节数可分为单字节指令、双字节指令和三字节指令。这些指令在执行时所需要的机器周期数是不同的，概括起来有以下几种情况：单字节单周期指令、单字节双周期指令、单字节四周期指令、双字节单周期指令、双字节双周期指令、三字节双周期指令。
图2-12 MCS-51单片机取指令/执行指令的周期时序
①单字节单周期指令：例INC A。
对于单字节单周期指令，只需要进行1次读指令操作。在第2个ALE有效时，由于PC没有加1，读出来的还是原指令，是一次无效操作。
②双字节单周期指令：例ADD A，＃data。
对于双字节单周期指令，ALE的两次操作都是有效的，第1次读出来的是指令的第1字节（操作码），第2次读出来的是第2字节。
③单字节双周期指令：例INC DPTR。
对于单字节双周期指令，在2个机器周期中进行4次读指令操作，只有第1次是有效的，后面的3次读操作均无效。
④单字节双周期指令：例MOVX类指令。
在执行这类指令时，CPU先从ROM中读取指令，然后执行对外部RAM的读写操作。在第1机器周期时，第1次读指令操作有效，第2次读指令操作无效。在第2机器周期时，执行对外部RAM的读写操作，与ALE信号无关，因此，不产生ALE信号，也就不产生读指令操作。
复位是使单片机系统进入初始化操作状态，其主要功能是将程序计数器PC内容初始化为0000H，也就是说，让单片机从0000H单元开始执行程序，与此同时，CPU及其他功能寄存器都从一个确定的初始状态下开始工作。单片机系统除了上电需要正常初始化外，在程序运行当中出现断电、受到强制干扰或操作错误等使系统处于“死机”状态时都需要进行复位操作。单片机系统复位后，片内各寄存器的状态见表2-6。
表2-6 复位后片内各寄存器的状态（×表示无关位）
单片机复位的条件是：必须使RST引脚（9）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为 12MHz，每个机器周期为 1 µs，则只需 2 us 以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常见的复位电路如图2-13（a）、（b）所示。
图2-13 单片机常见的复位电路
图2-13（a）为上电复位电路，它是利用电容充电自动实现的。在接电瞬间，RST端的电位V CC 相同，随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。只要保证RST为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。
图2-13（b）为按键复位电路。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按RESET键，此时电源V CC 经电阻R1、R2分压，在RST端产生一个复位高电平。
单片机复位期间不产生ALE和PSEN信号，即ALE=1和PSEN=1。这表明单片机复位期间不会有任何取址操作。