MCS-51单片机时钟与复位电路

RST端的外部复位电路有两种操作方式： 上电复位和按键手动复位（人工复位）
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（1）上电复位
如图2.12所示，上电复位电路是利用 电容器充电实现的。上电瞬间，RST端的电 位与VCC相同，随着电容的逐步充电，充 电电流减小。RST电位逐渐下降。上电复位 所需的最短时间是振荡器建立时间加上两 个机器周期。在这段时间内，RST端口的电 平应维持高于斯密特触发器的下阈值。— 般VCC的上升时间不超过1ms，振荡器建立 时间不超过10ms。
示为：S1～S6，每个状态分为2个拍。故一个机器周期包含 12个节拍（时钟周期），依次表示为：S1P1、S1P2、 S2P1、…S6P1、S6P2。若采用12MHz的晶振时，则一个机器 周期为1μs；若采用晶振6MHz时，则一个机器周期为2μs。
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4. 指令周期 是CPU执行一条指令所需要的时间为指令周期。 MCS-51单片机包含1个或2个或4个机器周期。 若采用6MHz晶振，则振荡周期为1/6μs，机器周期为2μs、
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2.状态周期：指振荡器脉冲 信号经过时钟电路二分频之 后产生的单片机时钟信号的 周期（用S表示）称为状态周 期。故1个状态周期S包含2个 节拍，前一时钟周期称为P1 拍，后一个时钟周期称为P2 拍。如图2.13所示：
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图2.13 80C51单片机时钟信号
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3. 机器周期：是指CPU完成某一个规定操作所需的时间。 MCS-51单片机的一个机器周期包含6个状态，并依次表
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2.16 掉电保护电路
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如图2.16所示，当电源电压VCC降到CPU工作电源电压所 允许的最低下限之前，通过中断服务程序，把一些必须保 护信息转存到片内RAM中，然后向P1.0写入“0”，由P1.0 输出的低电平触发单稳态电路555。
在主电源恢复之前，片内振荡器被封锁，一切功能停止， 并依靠VPD引脚提供的电源来保护片内RAM中的数据。
对于CHMOS单片机（如80C51），外部时钟要由XTAL1引 入，而XTAL2引脚应悬空。如图2.11（c）所示。
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三、时序单位
基本概念：
MCS- 51时序的定时单位共有4个，从小到大依次是：时 钟周期（拍节）、状态周期、机器周期和指令周期。
⒈ 时钟周期（拍节，振荡周期）：是指振荡器产生一个 振荡脉冲信号所用的时间，是振荡频率的倒数，称为节 拍，为最小的时序单位。
当按下按钮时，RST端电位：（1000/1200）
×5=4.2V，使单片机复位。
2.14 上电外部复位电路
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（4）抗干扰复位电路
2.15 两种实用复位电路
上面几种复位电路，干扰信号易串入复位端。一般情况不会造成单片机 的错误复位，但有可能引起内部某些寄存错误复位。在应用系统中，为了 保证复位电路可靠地工作，常将RC电路在接施密特电路后再接入单片机复 位端及外围电路复位端。图2.15给出了两种实用电路。
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1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功 能的一种设计方式。
传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型，尽量选择 平头类的按键，以防按键下陷。
2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议 留0.05~0.1mm，以防按键死键。 3.要考虑成型工艺，合理计算累积公 差，以防按键手感不良。
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(3)PD：掉电方式位。若PD＝1，进入掉电工作方式。 (4)IDL：待机方式位。各IDL＝1，进入持机工作万式。
当PD扣IDL同时为l，则先进入掉电工作方式。复位后， PSON中所有定义位均为“0”。
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（1）待机方式
用指令使PCON中的IDL位置1，80C51就进入待机方式。 在待机方式下，振荡器继续运行，时钟信号继续提供
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图2.12 MCS-51振荡电路及外部时钟源的连接
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参数选择：
⑴ 电容C1，C2 对频率有微调作用，电容一般取值5～30pF，典型 值为30pF； ⑵ 晶振CYS 选择范围为1.2 ～12MHz，典型值为6 MHz和12MHz。 （注：一般情况下，选用6 MHz的石英晶体，而在串行 通信情况下选用12MHz。）
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一、时钟的基本概念
1.单片机的工作原理： 取一条指令、译码、进行微操作，再取一条指令、译码、
进行微操作，这样自动地、—步一步地由微操作按次序完成 相应指令规定的功能。单片机的时钟信号用来为单片机芯片
内部的各种微操作提供时间基准，机器启动后，指令的执行
顺序如下图2.10所示：
取指
分析
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2.外部引入方式
外部引入方式常用于多片单片机组成的系统中，以便各 单元之间的时钟信号同步运行。
对于HMOS型单片机（如8051），可用来输入外部脉冲 信号，如图2.12（b）所示，XTAL1（19）接地，XTAL2（18） 接外部时钟，由于XTAL2（18）的逻辑电平与TTL电平不兼容， 所以应接一个上拉电阻。
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时序的共同点： 每一次ALE信号有效，CPU均从ROM中读取指令码（包
括操作码和操作数），但不一定有效，读了之后再丢弃（假 读）。
有效时，PC+1→PC不变（程序计数器PC不加1）；无效 时不变。其余时间用于执行指令操作功能，但在时序中没有 完全反映出。如双字节单机器周期，分别在S1、S4读操作码 和操作数，执行指令就一定在S2、S3 、S5 、S6中完成。
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二、掉电处理
1.掉电保护方式
掉电保护：单片机如遇到掉电， 将导致片内RAM和SFR中的信息丢 失。为避免发生此种情况，把 HMOS型的8051单片机RST/VPD引 脚作为备用电源，只要VCC上的电 压低于VPD上的电压时，备用电源 就通过VPD端给内部RAM供电，以 低功耗保持内部RAM中的数据， 这种方式称为掉电保护。掉电保 护电路如图2.16所示：
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图2.14（c）为双字节单周期指令的时序，在两个机器 周期内发生4次读操作码的操作，由于是单字节指令，后3次 读操作都是无效的。
图2.14(d)是访问外部数据存储器的指令MOVX的时序， 它是一条条单字节双周期指令。在第—个机器周期S5开始时， 送出外部数据存储器的地址，随后读或写数据，读写期间在 ALE端不输出有效信号；在第二个机器周期，即外部数据存 储器被寻址和选通后．也不产生取指操作。
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待机(空闲)方式和掉电(停机)方式都是由专用寄存器PCON(电 源控制寄存器)中的有关位来控制的，其格式及各位的作用 如下：
(1)SMOD：波特率倍增位。在串行口工作方式1、2或3下， SMOD＝1使波特率加倍。
(2)GFl和GF2：通用标志位。由软件置位、复位。
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复位电路的典型值：
电容C取10μF，R取8.2KΩ。 故时间常数 RC 10106 8.2103 82ms 足以满足要求。
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2.12 上电复位电路
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（2）外部复位电路
外部复位电路如图2.13所示， 按下按钮时，电源对外接电容器充 电，使RST为高电平，复位按钮松 开后，电容通过内部下拉电阻放电， 逐渐使RST端恢复低电平。
执行
2.概念 ⑴ 时序：各指令的微操作在时间上有严格的次序，这种
微操作的时间次序称作时序。
⑵ 时钟电路：用于产生单片机工作所需要时钟信号的电
路成为时钟电路。
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二、振荡器和时钟电路
时钟信号有两种方式：内部振荡器方式；外部引入方式
1.内部振荡器方式
MCS-51单片机内部有一个高增益的 反相放大器，其输入端为引脚 XTAL1（19），输出端为引脚XTAL2 （18），用于外接石英晶体振荡器 或陶瓷谐振器和微调电容，构成稳 定的自激振荡器，其发出的脉冲直 接送入内部的时钟电路。如图2.11 或2.12（a）所示。
表2-7 寄存器的复位状态
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2. 复位电路
HMOS型8051复位结构如图2.10所 示。复位引脚RST/VPD(它是掉电方 式下内部RAM的供电端VPD)通过一 个施密特触发器与复位电路相连。 施密特触发器用来抑制噪声，它的 输出在每个机器周期的S5P2由复位 电路采样一次。 RST引脚时复位信号的输入端，复 位信号是高电平有效，其有效时 间应持续24个时钟周期（2个机器 周期）以上。
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图2-10 8051复位电路内部结构
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CHMOS型的单片机复位结构如图 211所示，此处复位引脚只是单纯 的称为RST，而不是RST／VPD， 因为CHMOS单片机的备用电源也 由VCC引脚提供。
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2.11 CHMOS型单片机的复位结构
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无论对HMOS还是CHMOS型，当振荡器正在运行的情况下， 复位是靠在RST／VPD或RST引脚至少保持两个机器周期的 高电平而实现的。在RST端出现高电平后的第2个周期，执 行内部复位，以后每个周期重复—次，直至RST端变低。
4μs或8μs。
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四、取指令和执行指令时序
MCS-51系列单片机的指令按其长度可分为：单字节指 令，双字节指令和三字节指令。
由图2.14所示，ALE信号在一个机器周期内两次有效，第 一次在S1P2和S2P1期间，第二次在S4P2和S5P1期间，ALE信 号的有效宽度为一个S状态。每出现一个ALE信号，CPU就 可进行一次取指操作。