单片机怎么读取带有时序的数据（教你快速读懂单片机时序图）

我们都知道在学校是通过铃声来控制所有班级的上下课时间，那个单片机是通过什么样的办法进行取指令，执行指令和其它操作的呢？在这里引入了一个时序的概念：

一、时钟电路

单片机时钟电路有三种方式：

1、单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，XTAL1和XTAL2需外接上晶体和合适的电容。

2、有的单片机内部也自带时钟电路，用于产生时钟信号。

3、单片机管脚XTAL2直接接晶振。

二、周期

1、时钟周期

时钟电路产生时钟信号的周期我们叫时钟周期（振荡周期）。

单片机通电后就产生了固定标称值的脉冲信号，单片机就是在脉冲信号的驱动下顺序地从ROM中（程序存储器）取出指令一条一条的顺序执行，然后进行一系列的微操作控制，来完成各种指定的动作。

2、机器周期

这里，我们需要关注1602的几个管脚，分别是RS，RW，E，D0...D7。由上面的说明我们可以知道：

RS：数据/命令（状态）选择端，当此脚为高电平时，可以对1602进行数据字节的传输操作，而此脚为低电平时，进行命令（状态）字节的传输操作。

RW：读写选择端，当此脚为高电平可对LCD1602进行读数据操作，反之进行写数据操作。

E：使能信号，其实是LCD1602的数据控制时钟信号，利用该信号的上升沿实现对LCD1602的数据传输。

D0...D7：8位并行数据口。

在此，我们分析两个写时序：写命令和写数据。

1、当我们要写指令字，设置LCD1602的工作方式时：需要把RS置为低电平，RW置为低电平，然后将数据送到数据口D0~D7，最后E引脚一个高脉冲将数据写入。

2、当我们要写入数据字，在1602上实现显示时：需要把RS置为高电平，RW置为低电平，然后将数据送到数据口D0~D7，最后E引脚一个高脉冲将数据写入。

开发者只需要关注以下几个管脚：

3脚：VL，液晶显示偏压信号，用于调整LCD1602的显示对比度，一般会外接电位器用以调整偏压信号，注意此脚电压为0时可以得到最强的对比度。

4脚：RS，数据/命令选择端，当此脚为高电平时，可以对1602进行数据字节的传输操作，而此脚为低电平时，则是进行命令字节的传输操作。命令字节，即是用来对LCD1602的一些工作方式作设置的字节;数据字节，即使用以在1602上显示的字节。值得一提的是，LCD1602的数据是8位的。

5脚：R/W，读写选择端。当此脚为高电平可对LCD1602进行读数据操作，反之进行写数据操作。笔者认为，此脚其实用处不大，直接接地永久置为低电平也不会影响其正常工作。但是尚未经过复杂系统验证，保留此意见。

6脚：E，使能信号，其实是LCD1602的数据控制时钟信号，利用该信号的上升沿实现对LCD1602的数据传输。

7~14脚：8位并行数据口，使得对LCD1602的数据读写大为方便。

LCD1602的操作时序

在此，可以先不读出它的数据的状态或者数据本身，所以只需要看两个写时序：

①当要写指令字，设置LCD1602的工作方式时：需要把RS置为低电平，RW置为低电平，然后将数据送到数据口D0~D7，最后E引脚一个高脉冲将数据写入。

②当要写入数据字，在1602上实现显示时：需要把RS置为高电平，RW置为低电平，然后将数据送到数据口D0~D7，最后E引脚一个高脉冲将数据写入。

实际上写指令和写数据，差别仅仅在于RS的电平不一样而已。以下是LCD1602的时序图：

只要慢慢学会看时序图，要知道操作一个器件的精华便蕴藏在其中，看懂看准了时序，再操控这个芯片就是非常容易的事了。这里使用1602作为例子主要是因为1602的时序是目前最简单的时序之一。

看时序图需要注意的问题：

1、注意时间轴，从左往右的方向为时间正向轴，即时间在增长。

2、时序图最左边一般是某一根引脚的标识，表示此行图线体现该引脚的变化，上图分别标明了RS、R/W、E、DB0~DB7四类引脚的时序变化。

3、有线交叉状的部分，表示电平在变化。

4、两条平行线分别对应高低电平，如上图右上角所示。

5、密封的菱形部分，表示数据有效，Valid Data这个词也显示了这点。

6、时序图里各个引脚的电平变化，基于的时间轴是一致的。一定要严格按照时间轴的增长方向来精确地观察时序图。要让器件严格的遵守时序图的变化。

7、时间的标注，也是个十分重要的信息，这些时间的标注表明了某些状态所要维持的最短或最长时间。因为器件的工作速度也是有限的，一般都跟不上主控芯片的速度，所以它们直接之间要有时序配合。下面是时序参数表：

需要十分严重注意的是，时序图里各个引脚的电平变化，基于的时间轴是一致的，一定要严格按照时间轴的增长方向来精确地观察时序图，要让器件严格的遵守时序图的变化，在类似于18B20这样的单总线器件对此要求尤为严格。

时间标注：

细心的朋友或许注意到了文中关于时间的标注，这也是个十分重要的信息，这些时间的标注表明了某些状态所要维持的最短或最长时间。因为器件的工作速度也是有限的，一般都跟不上主控芯片的速度，所以它们直接之间要有时序配合。下面是时序参数表：

开发者要注意估计主控芯片的指令时间，可以在官方数据手册上查到MCU的一些级别参数。比如现在用AVRM16做为主控芯片，外部12MHz晶振，(1/12MHz)s是振荡周期，而不是时钟周期，因为时钟周期(状态周期)等于两个振荡周期，换句话说就是对振动频率进行“二分频”的振荡信号，所以(2/12MHz)s才是晶振为12MHz时的时钟周期。

以上给的时间参数全部是ns级别的，所以即便在程序里不加延时程序，也应该可以很好的配合LCD1602的时序要求了。怎么看这个表呢?很简单，在时序图里可以找到TR1，对应时序参数表，可以查到这个是E上升沿/下降沿时间，最大值为25ns，表示E引脚上的电平变化，必须在最大为25ns之内的时间完成。

以上介绍的这些内容，虽然是以LCD1602为例，但这仅仅是为了帮助大家进行理解，其中提到的参数是大部分单片机都会有的，因此大家可以通过本文中给予的解读方式来套用到其他单片机当中，大部分的单片机时序图都会遵循文中给出的规则，当大家渐渐掌握其中的内容后，就可以发现其实看懂单片机的时序图其实并不难。

现在我来解读我对这个时序图的理解：

当要写命令字节的时候，时间由左往右，RS变为低电平，R/W变为低电平，注意看是RS的状态先变化完成。然后这时，DB0~DB7上数据进入有效阶段，接着E引脚有一个整脉冲的跳变，接着要维持时间最小值为tpw=400ns的E脉冲宽度。然后E引脚负跳变，RS电平变化，R/W电平变化。这样便是一个完整的LCD1602写命令的时序。

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