原始教材资料lecture notes for pamc 04 - ch2_l3-2014151

1、Lecture notes for Principle and Applications of Micro-Computers“微机原理及应用”讲义第4讲MCS-51单片机的复位,时钟和节电模式(教材2.5, 2.6节)教学目的: 了解MCS-51单片机的复位和时钟电路, 以及节电模式要求: 掌握MCS-51单片机可靠复位的方法, 时钟电路, 了解其节电模式和控制方法难点: 复位和监控电路的设计方法本讲的主要内容n MCS-51单片机复位后状态n MCS-51单片机的复位和监控电路 可靠复位的要求和复位电路 监控电路的设计和工作原理n MCS-51单片机的时钟电路n MCS-51单片机的节电模

2、式及其控制方法MCS-51单片机的复位和时钟n 复位信号和时钟信号都是MCS-51单片机可靠工作的保障 MCS-51单片机被复位后, 其内部的各功能部件将根据特殊功能寄存器(SFR)的初始内容工作 时钟电路能够产生MCS-51单片机的各功能部件协调工作的基准节拍信号(时钟信号)J大多数MCS-51单片机都需要外部复位电路产生复 位信号, 以及片外振荡器产生时钟信号MCS-51单片机复位后的状态n 复位后, MCS-51单片机的状态如下: (PC)=0000H, 意味着: 程序的起始地址为0000H (SP)=07H, 意味着: 堆栈的初始栈底位于07H (PSW)=00H 4个8位可编程I/O

3、端口P0P3都为FFH, 即都为输入状态 (IE)=0xx00000B, 意味着: 所有中断被禁止 (IP)=xxx00000B, 意味着: 所有中断都为低优先级 其它SFR都为00H, 分别为对应功能部件的初始状态问: 假设复位时PC为其它值时, 如(PC)=FFF8H, 意味着什么? (这个问题在下一章的内容中非常重要)可靠复位的要求振荡周期: 时钟电路通过XTAL1引脚提供给MCS-51单片机的振荡信号(基准节拍)的周期, 记为Tosc机器周期: MCS-51单片机一个执行单周期指令需要的时间, 记为Tm. 一般为振荡信号的整数倍, 绝大多数MCS-51单片机的机器周期为振荡周期的12倍

4、, 即Tm=12Tosc当MCS-51单片机加电后, 且时钟电路已经工作, 在RST引脚出现宽度不小于两个机器周期Tm(即, 212Tosc)的高电平, MCS-51单片机立即进入复位状态, 如果保持该电平, 单片机始终处于复位状态, 直到撤消该引脚的高电平, 并保持低电平, 则单片机立即进入运行状态时钟信号和操作时序的关系OSC (XTAL2)ALECase 1: 1 字节，单周期指令，如“INC A”指令等。读操作码读下一个操作码(丢弃，即空读 1 次)S1S2S3S4S5S6Case 2: 2 字节，单周期指令，如“ADD A, #30H”指令等读操作码读下一个操作码 S1S2S3S4S

5、5S6Case 3: 1 字节，双周期指令，如“INC DPTR”指令等。读操作码读下一个操作码 (丢弃，即空读 3 次) S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6Case 4: 1 字节，双周期指令，如访问外部存储器的“MOVX”指令等。读操作码读下一个操作码 (丢弃，即空读 3 次) 没有 ALE 信号S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6振荡周期和器周期的关机系地址数据访问外部存储器1 个机器周期包括 12 个 OSC 周期S1S2S3S4S5S61 个机器周期包括 12 个 OSC 周期S1S2S3S4S5S6S1P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1

6、 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2一般的上电复位和手动复位电路n 可以实现两种复位 系统上电复位系统加电时, RC串联电路放电进入稳态过程 手动复位按PB开关, 直接在RST引脚加上+5V. 按下PB, 进入复位状态; 释放PB, 进入运行状态+5VCVccPB1FRSTRMCS-51单片机10KGND复位和mP监控电路n 可以实现四种复位 上电复位 手动复位 供电电源欠压复位其工作原理见U2的内部结构 “看门狗”复位见下页PFIMAX813L的内部结构和工作原理Watchdog触发侦测Watchdog定时器68WDOWatchdog复位输出Vcc25

7、0A复位信号发生器7RESET电压比较器上电和手动复位输出2Vcc电源正4.65V电压比较器4PFI5监控电压输入 1.25VMAX813L3 GND电源地关 键 部 件 : Watchdog定时器电压比较器PFO欠压复位输出MR手动复位输入1Watchdog时钟和复位时钟WDIWatchdog输入mP监控电路的作用n 具有上电复位和手动复位功能(RESET输出) 高电平宽度为200msn 供电电源欠压指示功能(PFO输出) R1和R2, 以及内部电压比较器监测电源电压n Watchdog定时器溢出指示(WDO输出) 可以防止程序“跑飞”或“死机”J 前图中的监控和复位电路具有“死机唤醒”功能

8、问: mP监控电路能够提高嵌入式系统的可靠性吗? 为什么?MCS-51单片机时钟电路n 两种时钟电路 第一种: 由片内振荡电路和外部振荡器组成 第二种: 外部独立时钟电路VccPD时钟信号输出D1RfD2RN XTAL1XTAL2外部时钟信号 C2C1 晶体或陶瓷 谐振器 CMCS-51单片机XTAL2 XTAL1GNDMCS-51单片机的节电模式n 两种节电模式 空闲模式 掉电模式通过配置PCON实现SMOD-GF1GF0PDIDL进入空闲模式控制位1：进入空闲模式；0：其它模式。未定义位波特率加倍控制位1：波特率加倍；0：波特率不加倍。进入掉电模式控制位1：进入掉电模式；0：其它模式。GF

9、0/1通用用户标志位VccPDn 设置IDL位为“1”, CPU停止取指令n 设置PD位为“1”, 关闭振荡器 (采用外部独立时钟电路时, 无法进入掉电模式)n 节电模式和正常模式下消耗的电流见教材p.31的表2-8(以W78W51为例)J 注意: 如何退出两种节电模式?D1时钟信号输出RfD2R XTAL1XTAL2 C2C1 晶体或陶瓷谐振器总结n MCS-51单片机复位后的状态n 可靠复位的要求和上电复位电路n mP监控电路及其工作原理n 两种时钟电路n MCS-51单片机的两种节电模式总结 MCS-51单片机的基本资源J 总结第2讲和本讲内容, MCS-51单片机的基本资源包括n 片内

10、128字节(8051)/256字节(8052)RAMn 片内064K字节ROMn 最大可分别扩展64K字节程序存储器, 64K字节数据存储器(以及I/O)n 一个布尔处理器, 有位变量存储空间, 支持位操作n 4个8位双向可编程I/O端口n 5个中断源, 分2级优先级n 2个(8051)/3个(8052)16位定时/计数器n 1个串行端口总结n MCS-51单片机存储器系统的组成n 程序和数据存储器空间的使用n 片内数据存储器功能分区及其作用n 不同功能分区的访问方法n 特殊功能寄存器(和特殊功能单元的关系)n MCS-51单片机地址空间的编址n 总结MCS-51单片机的基本资源问题和讨论n 单片机每次复位后, PC的值是否必须为某个特定的值?n 当MCS-51单片机在工作时, 假设其振荡电路停止工作, 单片机将如何操作?下课问题和讨论n 4个通用寄存器组在使用时有什么特殊作用?n 为什么特殊功能位的起始地址是从80H, 而不是从00H?n MCS-51单片机的地址空间编址应该遵循什么原则?n MCS-51单片机具有布尔(位)处理器，所以可以单独控制单个I/O位的状态，在哪些场合这种操作有优点？MCS-51单片机地址空间的编址n 一个系统的所有程序存储器采用统一编址, 占用地址范围: 0000HFFFF