好，有了CPU、存儲器、總線以及外設(shè)，我們把它們有機(jī)地組合封裝在一起，再把各個外設(shè)、總線的信號，以及供電和地通過引腳引出來，這就是一片完整的單片機(jī)芯片。等等，要讓單片機(jī)跑起來似乎還少了些什么？對，還有時鐘！

時鐘系統(tǒng)

如果上面所說的這些都只是單片機(jī)芯片的軀殼的話，那么時鐘就是在其中流動的血液和跳動的脈搏。時鐘對于單片機(jī)來說是至關(guān)重要的，它是整個系統(tǒng)的激勵。它是否穩(wěn)定、是否精確、是否高速都直接影響了單片機(jī)中所有電路的運(yùn)作，包括CPU、總線、外設(shè)等等。從本質(zhì)上來說時鐘就是一個方波信號，如圖1.18所示。

圖1.18 時鐘在單片機(jī)中占有至關(guān)重要的地位

有人說：“既然時鐘的快慢決定了單片機(jī)的速度，那只要盡量提高時鐘頻率就可以讓單片機(jī)的性能得到飛躍了！？”原理上來說確實是這樣的，但是因為很多因素，比如半導(dǎo)體材料的特性、芯片制造工藝等，導(dǎo)致時鐘頻率并不能無限制地提高（過高頻率的時鐘信號會導(dǎo)致單片機(jī)電路工作異常，問題大多出現(xiàn)在信號的完全性上）。關(guān)于這一問題的解釋請見圖1.19。

圖1.19 時鐘頻率過高將導(dǎo)致信號完整性受損

更形象的說，這就如同人的心跳不能太快，否則血液還沒來得及將氧氣和養(yǎng)份送到各個組織，就已經(jīng)急逝而過了。同時，血管也無法承載如此高的血壓和血液速度，最終導(dǎo)致人體整體機(jī)能的紊亂。相反，心跳又不能過緩，否則血液同樣也無法完成輸送給養(yǎng)的工作（單片機(jī)的時鐘過慢可能無法滿足我們的應(yīng)用需求，所以實際應(yīng)用過程中，選取一個合適的工作時鐘是非常重要的）。

不過又說回來了，我們很多時候確實希望單片機(jī)運(yùn)行得越快越好，比如一些計算量很大的實時算法、信號采集、音視頻的錄制與播放等等。所以無數(shù)的工程師、科學(xué)家都在致力于提高硬件性能、提高時鐘頻率、提高加工工藝水平，甚至是嘗試新的半導(dǎo)體材料或是改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)。但是盡管如此，時鐘頻率仍然會有一個無法逾越的頂線。而且人們發(fā)現(xiàn)時鐘越快，電路工作時的功耗越大。這些窘境以及對高性能低功耗的不斷追求，催生了CPU芯片向著多核的方向開始發(fā)展（時鐘頻率不再提升，而是通過增加芯片中CPU內(nèi)核的數(shù)量來提高整體的性能）。

振南上面說，時鐘越快，功耗越大。這不難理解，電路不工作時功耗一定最?。灰坏┯辛藭r鐘，它開始工作了，那功耗必然變大。這一原理是現(xiàn)在很多單片機(jī)芯片中實現(xiàn)低功耗的根本基礎(chǔ)。單片機(jī)的設(shè)計者為每一個外設(shè)電路都配置了一個時鐘開關(guān)（這些開關(guān)也是一些掛接在CPU總線上的特殊功能寄存器，因此可由CPU直接控制），從而可以控制外設(shè)停機(jī)還是工作。這在很大程度上降低了單片機(jī)的整體功耗。這就是現(xiàn)在一些高級單片機(jī)中的一個新概念—時鐘配置（CC）。它實際上可能會更加強(qiáng)大，不光可以關(guān)閉某個外設(shè)的時鐘供應(yīng)，而且還可以調(diào)節(jié)時鐘的頻率，讓外設(shè)可以工作在最為適宜的功耗水平下。