第4节-时钟电路与复位电路

1、2021/3/111 v 单片机的时钟一般需要多相时钟，所以时钟电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。路由振荡器和分频器组成。 v1. 1. 振荡电路振荡电路 MCS-51MCS-51内部有一个用于构成振荡器的可控高增益反内部有一个用于构成振荡器的可控高增益反 向放大器。两个引脚向放大器。两个引脚XTAL1XTAL1和和XTAL2XTAL2分别是该放大器分别是该放大器 的输入端和输出端。在片外跨接一晶振和两个匹配的输入端和输出端。在片外跨接一晶振和两个匹配 电容电容C1C1、C2C2如图如图2.52.5所示。就构成一个自激振荡器。所示。就构成一个自激振荡器。 振荡

2、频率根据实际要求的工作速度，从几百千赫至振荡频率根据实际要求的工作速度，从几百千赫至 24MHz24MHz可适当选取某一频率。匹配电容可适当选取某一频率。匹配电容C1C1、C2C2要根要根 据石英晶体振荡器的要求选取。据石英晶体振荡器的要求选取。 2.4.1 2.4.1 时钟电路时钟电路 2021/3/112 2.4.1 2.4.1 时钟电路时钟电路 当晶振频率为当晶振频率为12MHz12MHz时时,C1C2,C1C2 一般选一般选30pF30pF左右。图左右。图2.52.5中中PDPD是是 电源控制寄存器电源控制寄存器PCON.1PCON.1的掉电的掉电 方式位，正常工作方式方式位，正常工作

3、方式PD=0PD=0。 当当PD=1PD=1时单片机进入掉电工作时单片机进入掉电工作 方式，是一种节能工作方式。方式，是一种节能工作方式。 上述电路是靠上述电路是靠MCS-51MCS-51单片机单片机 内部电路产生振荡的。也可以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由外部振荡器或时钟直接驱动 MCS-51MCS-51。 图图2.5 2.5 时钟内部振荡电路时钟内部振荡电路 2021/3/113 2.4.1 2.4.1 时钟电路时钟电路 v图图2.62.6是对于是对于HMOSHMOS工艺生产的芯片，外部时钟是从工艺生产的芯片，外部时钟是从 XTAL2XTAL2引脚输入。图引脚输入

4、。图2.72.7是对于是对于CHMOSCHMOS工艺生产的芯片，工艺生产的芯片， 外部时钟是从外部时钟是从XTAL1XTAL1引脚输入。这两种不得混淆。目引脚输入。这两种不得混淆。目 前常用的前常用的AT89AT89系列单片机若使用外部时钟，连接电系列单片机若使用外部时钟，连接电 路与图路与图2.72.7相同。单片机使用一般不采用外部时钟输相同。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入方式，除非一些特殊场合如多CPUCPU系统等。系统等。 图图2.6 HMOS2.6 HMOS工艺器件工艺器件 外部时钟连线图外部时钟连线图 图图2.2. CHMOSCHMOS工艺器件工艺器件

5、 外部时钟连线图外部时钟连线图 图图2.2. 时序发生器框图时序发生器框图 2021/3/114 2.4.1 2.4.1 时钟电路时钟电路 v2.2.指令时序指令时序 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。如图时序。如图2.2.所示的时序发生器框图所示。为了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。更好的理解指令时序，需先了解几个概念。 (1)(1)节拍与状态节拍与状态 一个状态一个状态(S)(S)包含两个节拍，其前半周期对应的节拍包含两个节拍，其前半周期对应的节拍 称称P1P1，后半周期对应的节拍称，后半周

6、期对应的节拍称P2P2。一个节拍的宽度。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实际就等于振荡周期。状态周期是振荡周期的2 2倍。倍。 2021/3/115 2.4.1 2.4.1 时钟电路时钟电路 (2) (2)机器周期机器周期 MCS-51MCS-51规定一个机器周期为规定一个机器周期为6 6个状态，且依次表示个状态，且依次表示 为为S1S1、S2S2、S6S6。由于一个状态又包括两个节拍，。由于一个状态又包括两个节拍， 因此一个机器周期共因此一个机器周期共1212个节拍，分别记作：个节拍，分别记作：S1P1S1P1、 S1P2S1P2、S6P2S6P2。也就是一个机器周期

7、等于。也就是一个机器周期等于1212个振个振 荡周期。当振荡频率为荡周期。当振荡频率为12MHz12MHz时，则一个机器周期时，则一个机器周期 就是就是1s1s。 2021/3/116 2.4.1 2.4.1 时钟电路时钟电路 (3)(3)指令周期指令周期 执行一条指令所需的时间称指令周期。它是机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，还有指令，还有2 2个和个和3 3个机器周期的，最长的是个机器周期的，最长的是4 4个机个机 器周期。器周期。 v单片机执行每一条指令，都是按照严格的时序进行单片机

8、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。下面画出几个典型的单机器周期和双周期指令 的时序图，如图的时序图，如图2.92.9所示。所示。 2021/3/117 2.4.1 2.4.1 时钟电路时钟电路 图图2.9 2.9 指令执行时序图指令执行时序图 2021/3/118 2.4.1 2.4.1 时钟电路时钟电路 v图图2.92.9波形中只有振荡器波形中只有振荡器OSCOSC波形、地址锁存使能波形、地址锁存使能ALEALE 波形可以用双踪示波器或逻辑分析仪观察到。波形可以用双踪示波器或逻辑分析仪观察到。 v图图2.92.9中中(a)(a)、(b)(

9、b)、(c)(c)执行指令的读操作码等波形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。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。但是在内部的一些结点是实际存在的。 v通常通常ALEALE在一个机器周期两次有效，第一次发生在在一个机器周期两次有效，第一次发生在 S1P2S1P2和和S2P1S2P1期间，第二次在期间，第二次在S4P2S4P2和和S5P1S5P1期间。恰是期间。恰是 振荡频率的振荡频率的1/61/6。 2021/3/119 2.4.1 2.4.1 时钟电路时钟电路 v单周期指令的执行在单周期指令的执行在S1P2S1

10、P2开始，这时操作码被锁存开始，这时操作码被锁存 到指令寄存器内。到指令寄存器内。 v双字节指令在同一机器周期的双字节指令在同一机器周期的S4S4读第二个操作码。读第二个操作码。 v单字节指令，在单字节指令，在S4S4仍有读操作，但被读进去的字节仍有读操作，但被读进去的字节 是不予考虑的，且程序计数器是不予考虑的，且程序计数器PCPC并不增量。并不增量。 v图图2.9(a)2.9(a)、(b)(b)分别表示单字节单周期和双字节单周分别表示单字节单周期和双字节单周 期的时序。它们均在期的时序。它们均在S6P2S6P2完成操作。完成操作。 v图图2.92.9中中(c)(c)表示单字节双周期指令的时

11、序，在表示单字节双周期指令的时序，在2 2个机个机 器周期内发生器周期内发生4 4次读操作，只有第一次读操作数是有次读操作，只有第一次读操作数是有 效的，后效的，后3 3次都是无效的。但在此期间内部进行数据次都是无效的。但在此期间内部进行数据 传输、运算等操作。传输、运算等操作。 2021/3/1110 2.4.1 2.4.1 时钟电路时钟电路 v【实用技术】【实用技术】 在检查单片机是否起振时，可以用示波器观察在检查单片机是否起振时，可以用示波器观察ALEALE 端有无输出波形确定是否起振，有振荡频率端有无输出波形确定是否起振，有振荡频率1/61/6波波 形说明电路已起振，无波形没起振。这种

12、方法比直形说明电路已起振，无波形没起振。这种方法比直 接测量接测量XTALXTAL端效果更好，因为直接测量端效果更好，因为直接测量XTALXTAL端会改端会改 变振荡回路特性，影响振荡回路的振荡特性。变振荡回路特性，影响振荡回路的振荡特性。 2021/3/1111 2.4.2 2.4.2 复位方式与电路复位方式与电路 1.1.复位操作复位操作 复位是单片机的初始化操作。复位是单片机的初始化操作。 其功能主要是将程序计数器其功能主要是将程序计数器(PC)(PC)初始化为初始化为0000H0000H，使，使 单片机从单片机从0000H0000H单元开始执行程序，并将特殊功能寄单元开始执行程序，并将

13、特殊功能寄 存器赋一些特定值。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。态一种操作。 复位是上电的第一个操作，然后程序从复位是上电的第一个操作，然后程序从0000H0000H开始执开始执 行。在运行中，外界干扰等因素可能会使单片机的行。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程序陷入死循环状态或“跑飞跑飞”。要使其进入正常。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。状态，唯一办法是将单片机复位，以重新启动。 2021/3/1112 表2-8 PC及各SFR的复位状态 v复位后，

14、程序计数器复位后，程序计数器(PC)(PC)及各特殊功能寄存器及各特殊功能寄存器(SFR)(SFR) 的值如表的值如表2-82-8所示。所示。 寄存器寄存器复位状态复位状态寄存器寄存器复位状态复位状态 PCPC0000H0000HTH1TH100H00H ACCACC00H00HP0P0P3P3FFHFFH PSWPSW00H00HIPIPxx000000Bxx000000B SPSP07H07HIEIE0 xx00000B0 xx00000B DPTRDPTR0000H0000HTMODTMOD00H00H TCONTCON00H00HSCONSCON00H00H TL0TL000H00HS

15、BUFSBUF不定不定 TH0TH000H00HPCONPCON0 xxx0000B0 xxx0000B TL1TL100H00H 表表2-8 PC2-8 PC及各及各SFRSFR的复位状态的复位状态 2021/3/1113 2.4.2 2.4.2 复位方式与电路复位方式与电路 2.2.复位电路复位电路 RSTRST引脚是复位端，高电平有效。在该引脚输入至少引脚是复位端，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。连续两个机器周期以上的高电平，单片机复位。 RSTRST引脚内部有一个斯密特引脚内部有一个斯密特STST触发器触发器( (图图2.10)2.10)以对输以

16、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。入信号不一定要求是数字波形。 使用时，一般在此引脚与使用时，一般在此引脚与VSSVSS引脚之间接一个引脚之间接一个8.2k8.2k 的下拉电阻，与的下拉电阻，与VCCVCC引脚之间接一个约引脚之间接一个约10F10F的电解电的电解电 容，即可保证上电自动复位。推荐电路如图容，即可保证上电自动复位。推荐电路如图2.112.11所示。所示。 2021/3/1114 2.4.2 2.4.2 复位方式与电路复位方式与电路 电容电容C C和电阻和电阻R1R1实现上电自动复位功能。增