第4节 时钟电路与复位电路PPT课件

.,单片机的时钟一般需要多相时钟，所以时钟电路由振荡器和分频器组成。1.振荡电路MCS-51内部有一个用于构成振荡器的可控高增益反向放大器。两个引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。在片外跨接一晶振和两个匹配电容C1、C2如图2.5所示。就构成一个自激振荡器。振荡频率根据实际要求的工作速度，从几百千赫至24MHz可适当选取某一频率。匹配电容C1、C2要根据石英晶体振荡器的要求选取。,2.4.1时钟电路,.,2.4.1时钟电路,当晶振频率为12MHz时,C1C2一般选30pF左右。图2.5中PD是电源控制寄存器PCON.1的掉电方式位，正常工作方式PD=0。当PD=1时单片机进入掉电工作方式，是一种节能工作方式。上述电路是靠MCS-51单片机内部电路产生振荡的。也可以由外部振荡器或时钟直接驱动MCS-51。,图2.5时钟内部振荡电路,.,2.4.1时钟电路,图2.6是对于HMOS工艺生产的芯片，外部时钟是从XTAL2引脚输入。图2.7是对于CHMOS工艺生产的芯片，外部时钟是从XTAL1引脚输入。这两种不得混淆。目前常用的AT89系列单片机若使用外部时钟，连接电路与图2.7相同。单片机使用一般不采用外部时钟输入方式，除非一些特殊场合如多CPU系统等。,图2.6HMOS工艺器件外部时钟连线图,图2.CHMOS工艺器件外部时钟连线图,图2.时序发生器框图,.,2.4.1时钟电路,2.指令时序振荡器产生的时钟脉冲经脉冲分配器，可产生多相时序。如图2.所示的时序发生器框图所示。为了更好的理解指令时序，需先了解几个概念。(1)节拍与状态一个状态(S)包含两个节拍，其前半周期对应的节拍称P1，后半周期对应的节拍称P2。一个节拍的宽度实际就等于振荡周期。状态周期是振荡周期的2倍。,.,2.4.1时钟电路,(2)机器周期MCS-51规定一个机器周期为6个状态，且依次表示为S1、S2、S6。由于一个状态又包括两个节拍，因此一个机器周期共12个节拍，分别记作：S1P1、S1P2、S6P2。也就是一个机器周期等于12个振荡周期。当振荡频率为12MHz时，则一个机器周期就是1s。,.,2.4.1时钟电路,(3)指令周期执行一条指令所需的时间称指令周期。它是机器周期的整倍数，最短的是一个机器周期称单周期指令，还有2个和3个机器周期的，最长的是4个机器周期。单片机执行每一条指令，都是按照严格的时序进行的。下面画出几个典型的单机器周期和双周期指令的时序图，如图2.9所示。,.,2.4.1时钟电路,图2.9指令执行时序图,.,2.4.1时钟电路,图2.9波形中只有振荡器OSC波形、地址锁存使能ALE波形可以用双踪示波器或逻辑分析仪观察到。图2.9中(a)、(b)、(c)执行指令的读操作码等波形在片外是看不到的，它是单片机内部执行指令过程。但是在内部的一些结点是实际存在的。通常ALE在一个机器周期两次有效，第一次发生在S1P2和S2P1期间，第二次在S4P2和S5P1期间。恰是振荡频率的1/6。,.,2.4.1时钟电路,单周期指令的执行在S1P2开始，这时操作码被锁存到指令寄存器内。双字节指令在同一机器周期的S4读第二个操作码。单字节指令，在S4仍有读操作，但被读进去的字节是不予考虑的，且程序计数器PC并不增量。图2.9(a)、(b)分别表示单字节单周期和双字节单周期的时序。它们均在S6P2完成操作。图2.9中(c)表示单字节双周期指令的时序，在2个机器周期内发生4次读操作，只有第一次读操作数是有效的，后3次都是无效的。但在此期间内部进行数据传输、运算等操作。,.,2.4.1时钟电路,【实用技术】在检查单片机是否起振时，可以用示波器观察ALE端有无输出波形确定是否起振，有振荡频率1/6波形说明电路已起振，无波形没起振。这种方法比直接测量XTAL端效果更好，因为直接测量XTAL端会改变振荡回路特性，影响振荡回路的振荡特性。,.,2.4.2复位方式与电路,1.复位操作复位是单片机的初始化操作。其功能主要是将程序计数器(PC)初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序，并将特殊功能寄存器赋一些特定值。复位是使单片机退出低功耗工作方式而进入正常状态一种操作。复位是上电的第一个操作，然后程序从0000H开始执行。在运行中，外界干扰等因素可能会使单片机的程序陷入死循环状态或“跑飞”。要使其进入正常状态，唯一办法是将单片机复位，以重新启动。,.,表2-8PC及各SFR的复位状态,复位后，程序计数器(PC)及各特殊功能寄存器(SFR)的值如表2-8所示。,表2-8PC及各SFR的复位状态,.,2.4.2复位方式与电路,2.复位电路RST引脚是复位端，高电平有效。在该引脚输入至少连续两个机器周期以上的高电平，单片机复位。RST引脚内部有一个斯密特ST触发器(图2.10)以对输入信号整形，保证内部复位电路的可靠，所以外部输入信号不一定要求是数字波形。使用时，一般在此引脚与VSS引脚之间接一个8.2k的下拉电阻，与VCC引脚之间接一个约10F的电解电容，即可保证上电自动复位。推荐电路如图2.11所示。,.,2.4.2复位方式与电路,电容C和电阻R1实现上电自动复位功能。增加