51单片机最快能生成多高频率的方波？
前言
在嵌入式系统开发中，51 单片机作为一种非常非常非常经典，贯穿上下几十年的微控制器，被广泛应用于各种电子项目中。其中，生成特定频率的方波信号是一项常见的需求。
那么，51 单片机究竟能以多快的速度生成方波呢？这不仅涉及到硬件的性能极限，也与软件编程的技巧密切相关。
在实际应用中，我们可能需要根据不同的场景来生成不同频率的方波，例如用于驱动电机、产生时钟信号或者进行通信等。而了解 51 单片机生成方波的最高频率，是一个有趣又有实用性的探索目标
所以，最快能实现多快？
测试平台
开发工具是keil 5
51单片机是STC89C52RC（16Mhz晶振）
最新手的方式
其实硬件上最简单就是换晶振，如果你换到一个
这个代码就是最简单的，在c语言中实现一个方波输出，只要快速切换电平就可以实现，
#include <reg52.h>
#include <stdio.h>sbit LCD_RS = P1^3;
void delay(unsigned int i)
{while (i--);
}void main()
{// 设置 P1.3 为输出模式while (1){// 点亮 LED（P1.3 输出低电平）LCD_RS = 0;delay(1);// 熄灭 LED（P1.3 输出高电平）LCD_RS = 1;delay(1);}
}
在烧录上面，我们
此时生成的频率为1.425Khz，好像还行，但是不够快
那么我们修改一下烧写，改成双倍速，结果就是没有什么差别，看来烧写并不影响
所以，还是要改程序，我们先试试增加头文件#include "intrins.h"然后把while改成_nop_();
#include <reg52.h>
#include <stdio.h>
#include "intrins.h"sbit LCD_RS = P1^3;
void delay(unsigned int i)
{_nop_();
}void main()
{// 设置 P1.0 为输出模式while (1){// 点亮 LED（P1.0 输出低电平）LCD_RS = 0;delay(1);// 熄灭 LED（P1.0 输出高电平）LCD_RS = 1;delay(1);}
}
这下的波形还是方波，同时，变成了111.111kHz，非常的快速了，四舍五入有0.2Mhz
但是，有没有可能更快一点？
中等水平的方式
使用定时器，可以有更快的中断方式来实现，理论来说会比使用nop函数更快
这里设置的是 8 位自动重装模式，Timer0 的计数从 TL0 到 TH0，当 Timer0 计数器达到最大值（0xFF）并溢出时，TL0 会被重装载为 TH0 的值。Timer0 的计数范围是 8 位，即从 0 到 255，总共有 256 个计数值。
#include <reg52.h> // 包含 STC89C52RC 的头文件void Timer0_Init(void) {TMOD &= 0xF0; // 清除 Timer0 的模式设置位TMOD |= 0x02; // 设置 Timer0 为 8 位自动重装模式TH0 = 0xFF; // 设置 Timer0 的重装载初值（高字节）TL0 = 0xF0; // 设置 Timer0 的初值（低字节）ET0 = 1; // 使能 Timer0 中断TR0 = 1; // 启动 Timer0EA = 1; // 使能全局中断
}void Timer0_ISR(void) interrupt 1 {// Timer0 中断服务程序P1 ^= 0x08; // 反转 P1.3 引脚的电平（0x08 是二进制 00001000）
}void main(void) {P1 = 0x00; // 初始化 P1 端口Timer0_Init(); // 初始化 Timer0while (1) {// 主循环可以为空，所有的工作都由 Timer0 中断处理}
}
可以看到，最终我们实现了133.333Khz，这个速度非常可以了，TH0的数值可以直接控制频率
鲜有使用的方式
除了中断之外还有一种比较少用的方法，就是直接使用汇编语言来操控单片机，这种方法可读性比较差但是确实又可以实现
这里我们直接用三部分实现
ORG 0000H ; 程序起始地址; 主程序
MAIN_LOOP:; 初始化 P1 端口MOV P1, #0FFH ; 将所有 P1 端口设置为高电平CLR P1.3 ; 将 P1.3 设置为低电平TOGGLE_LOOP:CPL P1.3 ; 反转 P1.3 引脚的电平; 延时循环MOV R0, #1 ; 设置延时计数器初值
DELAY:NOP ; 空操作指令，用于延时DJNZ R0, DELAY ; 延时循环SJMP TOGGLE_LOOP ; 无限循环，反复翻转 P1.3 引脚END
SJMP是短跳转，在-127到+128字之间进行跳转
DJNZ，相当于 if(i--<=0) 这样的条件句式
在这种代码下，翻转频率直接达到了190.476khz，可以说是真的非常非常的快速了。
当然我们还可进一步的提升，我们直接去掉NOP符号，这下直接来到了222.222khz，真的是特别快速的一个频率
还能再快吗？可以，只要继续缩短就能实现
ORG 0000H ; 程序起始地址; 主程序
MAIN_LOOP:; 初始化 P1 端口MOV P1, #0FFH ; 将所有 P1 端口设置为高电平CLR P1.3 ; 将 P1.3 设置为低电平TOGGLE_LOOP:CPL P1.3 ; 反转 P1.3 引脚的电平; 延时循环SJMP TOGGLE_LOOP ; 无限循环，反复翻转 P1.3 引脚END
直接来到了444.444Khz
总结
| 实现方法 | 方波频率 |
|---|---|
快速切换电平，使用while (i--); | 1.425Khz |
快速切换电平，增加头文件#include "intrins.h"并把while改成_nop_(); | 111.111kHz |
| 使用定时器，8 位自动重装模式 | 133.333Khz |
使用汇编语言，含NOP指令 | 190.476khz |
使用汇编语言，去掉NOP指令 | 222.222khz |