詳解80C51單片機的復(fù)位電路和時鐘電路

復(fù)位電路

在80C51中，最常見的復(fù)位電路就是下圖的上電復(fù)位電路。

它能有效地實現(xiàn)上電復(fù)位和手動復(fù)位。RST引腳高電平有效。

其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期以上才能完成復(fù)位操作。若使用6MHz晶振，則需持續(xù)4us以上才能完成復(fù)位操作。

在通電瞬間，由于RC電路的充電過程，在RST端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖，只要正脈沖保持10mS以上，就能使單片機自動復(fù)位。

CPU在第二個及其周期內(nèi)執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位操作，以后每個機器周期重復(fù)一次，直至RST端電平變低。

在單片機復(fù)位器件，ALE和~PSEN信號都不產(chǎn)生。復(fù)位操作將對部分專用寄存器產(chǎn)生影響，復(fù)位后，這些內(nèi)部寄存器的狀態(tài)發(fā)生變化，如下表。

時鐘電路

在80C51單片機內(nèi)有一個高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時鐘電路一起構(gòu)成了單片機的時鐘方式。

根據(jù)硬件電路的不同，單片機的時鐘連接方式可分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。

在內(nèi)部時鐘方式中，必須在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，通常C1和C2一般取30pf，晶振頻率取值在1.2~12MHz之間。

對于外接時鐘電路，要去XTAL1接地，XTAL2腳接外部時鐘，對于外部時鐘信號無特殊要求，只要保證一定的脈沖寬度，時鐘頻率低于12MHz即可。

晶體振蕩器的振蕩信號從XTAL2端送入內(nèi)部時鐘電路，它將該振蕩信號二分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘信號P1和P2供單片機使用。

P1信號在每個狀態(tài)的前半周期有效，P2信號在每個狀態(tài)的后半周期有效。CPU就是以兩相時鐘P1和P2為基本節(jié)拍協(xié)調(diào)單片機各部分有效工作的。

指令時序

單片機的基本操作周期稱作機器周期，一個機器周期由6個狀態(tài)組成，每個狀態(tài)由兩個時鐘信號P1和P2構(gòu)成，故一個機器周期可依次表示為S1P1，S1P2，……，S6P1，S6P2，即一個機器周期共有12個振蕩脈沖。

1)振蕩周期振蕩源的周期或外部輸入時鐘的周期。

2)狀態(tài)周期是振蕩周期的兩倍，分為P1節(jié)拍和P2節(jié)拍，通常在P1節(jié)拍完成算術(shù)邏輯操作，在P2節(jié)拍完成內(nèi)部寄存器之間的傳送操作。

3)機器周期由6個狀態(tài)組成，如果把一條指令的執(zhí)行過程分為幾個基本操作，那么完成一個基本操作的時間就是機器周期。

4)指令周期指令周期就是執(zhí)行一條指令所占用的全部時間，通常為1~4個機器周期。

下圖給出了80C51單片機典型取指，執(zhí)行時序。

由圖可知，在每個機器周期內(nèi)，地址鎖存信號ALE兩次有效，一次在S1P2和S2P1之間，一次在S4P2和S5P1之間。

單片機的低功耗方式

通過設(shè)置電源控制寄存器PCON的相關(guān)位可以確定當(dāng)前的低功耗方式。

1)待機方式將PCON寄存器的IDL位置1，單片機進入待機方式。此時，振蕩器仍然處于工作狀態(tài)，并且向中斷邏輯，串行口和定時/計數(shù)器電路提供時鐘，但是向CPU提供的時鐘的電路被斷開，因此CPU停止工作。

通常在待機方式下，單片機的中斷仍然可以使用，這樣可以通過中斷除法方式退出待機模式。

2)掉電保護方式將PCON寄存器的PD位置1，單片機則進入掉電保護方式。如果單片機檢測到電源電壓過低，此時除進行信息保護外，還需將PD位置1，使單片機進入掉電保護方式。

此時，單片機停止工作，但是內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)仍被保存。如果有備用電源如80C51，待電源正常后，硬件復(fù)位信號持續(xù)10mS后使單片機退出掉電方式。