1.4 时钟电路与复位电路
时序：即时间的顺序。一个由人组成的单位尚且要有一定的时序，计算机当然更要有严格的时序。计算机要完成的事更复杂，因此它的时序也更复杂。我们已知，计算机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。我们规定：计算机访问一次存储器的时间，称为一个机器周期。
时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所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，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。
1.4.1 时钟电路与时序
1．时钟信号的产生
（1）内部时钟方式 内部时钟方式如图1-11所示。在8051单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。
一般电容C1和C2取30pF左右，晶体的振荡频率范围是1.2～12MHz。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。MCS-51在通常应用情况下，使用振荡频率为6MHz或12MHz。
（2）外部时钟方式 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是经XTAL2引脚注入，其连接如图1-12所示。
2．时序
时序是用定时单位来说明的。MCS-51的时序定时单位共有4个，从小到大依次是：节拍、状态、机器周期和指令周期，下面分别加以说明。
图1-11 内部时钟方式
图1-12 外部时钟方式
（1）节拍与状态 把振荡脉冲的周期定义为节拍（用P表示）。振荡脉冲经过二分频后，就是单片机的时钟信号的周期，定义为状态（用S表示）。
这样，一个状态就包含两个节拍，前半周期对应的节拍叫节拍1（P1），后半周期对应的是节拍2（P2）。
（2）机器周期MCS-51采用定时控制方式，因此它有固定的机器周期。规定一个机器周期的宽度为6个状态，并依次表示为S1～S6。由于一个状态又包括两个节拍，因此一个机器周期总共有12个节拍，分别记作S1P1、S1P2……S6P1、S6P2。由于一个机器周期共有12个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的十二分频。
当振荡脉冲频率为12MHz时，一个机器周期为1μs。
当振荡脉冲频率为6MHz时，一个机器周期为2μs。
（3）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1个机器周期的指令称为单周期指令，包含2个机器周期的指令称为双周期指令。
指令的运算速度和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。MCS-51单片机通常可以分为单周期指令、双周期指令和四周期指令。四周期指令只有乘法和除法指令两条，其余均为单周期和双周期指令。
单片机执行任何一条指令时都可以分为取指令阶段和执行指令阶段。ALE引脚上出现的信号是周期性的，在每个机器周期内两次出现高电平。第一次出现在S1P2和S2P1期间，第二次出现在S4P2和S5P1期间。ALE信号每出现一次，CPU就进行一次取指操作，但由于不同指令的字节数和机器周期数不同，因此取指令操作也随指令不同而有小的差异。
按照指令字节数和机器周期数，8051的111条指令可分为六类，分别是单字节单周期指令、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1-13a、b所示分别为单字节单周期和双字节单周期指令的时序。单周期指令的执行始于S1P2，这时操作码被锁存到指令寄存器内。若是双字节则在同一机器周期的S4读第二字节。若是单字节指令，则在S4仍有读出操作，但被读入的字节无效，且程序计数器PC并不增量。
图1-14给出了单字节双周期指令的时序，两个机器周期内进行4次读操作码操作。因为是单字节指令，后三次读操作都是无效的。
图1-13 MCS-51单周期指令时序
a）单字节指令 b）双字节指令
图1-14 MCS-51单字节双周期指令时序
1.4.2 单片机的复位电路
单片机复位如同计算机在启动运行前需要复位一样，也是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。例如：复位后PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。所以我们必须弄清楚MCS-51型单片机复位的条件、复位电路和复位后的状态。
单片机复位的条件是必须使RST引脚（9）加上持续2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，每机器周期为1μs，则只需2μs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1-15a、b所示。
图1-15 单片机常见的复位电路
a）上电自动复位电路 b）按键复位电路
图1-15a为上电自动复位电路，它是利用电容充电来实现的。在加电瞬间，RST端的电位与VCC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2个机器周期，便能正常复位。
图1-15b为按键复位电路。该电路除具有上电复位功能外，还有按键复位功能，只需按图1-15b中的RESET键，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，便会在RST端产生一个复位高电平。
单片机复位期间不产生ALE和
信号，即ALE=1和
。这表明单片机复位期间不会有任何取指操作。复位后，内部各专用寄存器状态如下。
其中*表示无关位。请注意：
1）复位后PC值为0000H，表明复位后程序从0000H开始执行。
2）SP值为07H，表明堆栈底部在07H。一般需重新设置SP值。
3）P0～P3口值为FFH。P0～P3口用作输入口时，必须先写入“1”。单片机在复位后，已使P0～P3口每一端线为“1”，为这些端线用作输入口做准备。