第2章_MCS-51单片机时钟与复位电路

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80C51单片机时钟信号 图2.13 80C51单片机时钟信号
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机器周期：是指CPU完成某一个规定操作所需的时间。 CPU完成某一个规定操作所需的时间 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， MCS-51单片机的一个机器周期包含6个状态，并依次 单片机的一个机器周期包含 表示为：S1～S6，每个状态分为2个拍。故一个机器周期包 表示为：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、 12个节拍（时钟周期），依次表示为：S1P1、S1P2、 个节拍 ），依次表示为 S2P1、 S6P1 S6P2。若采用12MHz的晶振时， S6P1、 12MHz的晶振时 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。 周期为1μs；若采用晶振6MHz时，则一个机器周期为2μs。 1μs 6MHz 2μs
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第4 节
MCS-51系列单片机的复位与掉电处理 MCS-51系列单片机的复位与掉电处理
一、复位与复位电路 1.复位：是单片机的初始化操作，以便使CPU和系统中其 复位：是单片机的初始化操作，以便使CPU和系统中其 复位 CPU 他部件都处于一个确定的状态，并从这个状态开始工作。 他部件都处于一个确定的状态，并从这个状态开始工作。 当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死 锁存时，也可按复位键重新启动。 锁存时，也可按复位键重新启动。 按复位键重新启动 单片机复位后，PC内容初始化为0000H， 单片机复位后，PC内容初始化为0000H，那么单片机 内容初始化为0000H 就从0000H单元开始执行程序。片内RAM为随机值， 就从0000H单元开始执行程序。片内RAM为随机值，运行 0000H单元开始执行程序 RAM为随机值 中的复位操作不改变片内RAM的内容。 中的复位操作不改变片内RAM的内容。 RAM的内容
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MCS-51振荡电路及外部时钟源的连接 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： 参数选择：
电容C1 C1， ⑴ 电容C1，C2 对频率有微调作用，电容一般取值5 30pF， 对频率有微调作用，电容一般取值5～30pF，典型 值为30pF； 值为30pF； 30pF ⑵ 晶振CYS 晶振CYS 选择范围为1.2 12MHz，典型值为6 MHz和12MHz。 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 一般情况下，选用6 MHz的石英晶体， 的石英晶体 通信情况下选用12MHz。） 通信情况下选用12MHz。） 12MHz
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2.外部引入方式 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 外部引入方式常用于多片单片机组成的系统中，以便 多片单片机组成的系统 各单元之间的时钟信号同步运行。 各单元之间的时钟信号同步运行。 对于HMOS型单片机（ 8051），可用来输入外部脉冲 对于HMOS型单片机（如8051），可用来输入外部脉冲 HMOS型单片机 ）， 信号，如图2.12（b）所示，XTAL1（19）接地，XTAL2（18） 信号，如图2.12（ 2.12 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， 接外部时钟，由于XTAL2（18）的逻辑电平与TTL电平不兼容， XTAL2 TTL电平不兼容 所以应接一个上拉电阻。 所以应接一个上拉电阻。 对于CHMOS单片机（ 80C51），外部时钟要由XTAL1 对于CHMOS单片机（如80C51），外部时钟要由XTAL1 CHMOS单片机 ），外部时钟要由 引入，而XTAL2引脚应悬空。如图2.11（c）所示。 引入， XTAL2引脚应悬空。如图2.11（ 所示。 引脚应悬空 2.11
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图2.14（c）为双字节单周期指令的时序，在两个机 2.14（ 为双字节单周期指令的时序， 器周期内发生4次读操作码的操作，由于是单字节指令， 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 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， 2.14(d)是访问外部数据存储器的指令MOVX的时序， 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。 个机器周期S5开始时 它是一条条单字节双周期指令。在第—个机器周期S5开始时， 个机器周期S5开始 送出外部数据存储器的地址，随后读或写数据， 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， ALE端不输出有效信号；在第二个机器周期，即外部数据存 端不输出有效信号 储器被寻址和选通后．也不产生取指操作。 储器被寻址和选通后．也不产生取指操作。
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一、时钟的基本概念
1.单片机的工作原理： 1.单片机的工作原理： 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、 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 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。 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， 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： 2.10所示 顺序如下图2.10所示 取指 分析 执行 2.概念 2.概念 时序：各指令的微操作在时间上有严格的次序， 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。 种微操作的时间次序称作时序。 时钟电路： 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。 电路成为时钟电路。
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三、时序单位
基本概念： 基本概念：
MCS- 51时序的定时单位共有 时序的定时单位共有4 从小到大依次是 依次是： 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。 钟周期（拍节）、状态周期、机器周期和指令周期。 ）、状态周期 时钟周期（拍节，振荡周期）：是指振荡器产生一个 ）：是指 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， 振荡频率的倒数， 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。 最小的时序单位。
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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： MCS-51系列单片机的指令按其长度可分为：单字节 系列单片机的指令按其长度可分为 指令，双字节指令和三字节指令。 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 由图2.14所示，ALE信号在一个机器周期内两次有效， 2.14所示 信号在一个机器周期内两次有效 一次在S1P2和S2P1期间，第二次在S4P2和S5P1期间，ALE信 一次在S1P2和S2P1期间，第二次在S4P2和S5P1期间，ALE信 S1P2 期间 S4P2 期间 号的有效宽度为一个S状态。每出现一个ALE信号，CPU就可 号的有效宽度为一个S状态。每出现一个ALE信号，CPU就可 ALE信号 进行一次取指操作。 进行一次取指操作。
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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； 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 内部振荡器方式
MCS-51单片机内部有一个高增益的 MCS-51单片机内部有一个高增益的 反相放大器， 反相放大器，其输入端为引脚 XTAL1（19），输出端为引脚XTAL2 XTAL1（19），输出端为引脚XTAL2 ），输出端为引脚 （18），用于外接石英晶体振荡器 18），用于外接石英晶体振荡器 ）， 或陶瓷谐振器和微调电容， 或陶瓷谐振器和微调电容，构成稳 定的自激振荡器， 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 接送入内部的时钟电路。如图2.11 或2.12（a）所示。 2.12（ 所示。
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图2.14 MCS-51单片机的去取指/执行时序
a）单字节单周期；b）双字节单周期指令；c）单字节双周期字节；d）双字节双周期指令
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图2-14（a）与（b）分别为单字节单周期和双字节单周 14（ 期指令的时序。 期指令的时序。 对于单周期指令，在把指令码读入指令寄存器时， 对于单周期指令，在把指令码读入指令寄存器时，从 S1P2开始执行指令。 S1P2开始执行指令。 开始执行指令 如果它为双字节指今，则在同一机器周期的S4读入第二 如果它为双字节指今，则在同一机器周期的S4读入第二 S4 字节； 字节； 如果它为单字节指令，则在S4仍旧进行读操作， 如果它为单字节指令，则在S4仍旧进行读操作，但读入 S4仍旧进行读操作 的字节(它应是下一个指令码)被忽略， 的字节(它应是下一个指令码)被忽略，而且程序计数据不 加1。在任何情况下，在S6P2结束指令操作。 在任何情况下， S6P2结束指令操作。 结束指令操作
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2.状态周期：指振荡器脉冲 2.状态周期： 状态周期 信号经过时钟电路二分频之 信号经过时钟电路二分频之 时钟电路二分频 后产生的单片机时钟信号的 周期（用S表示）称为状态 周期（ 表示） 周期。 周期。故1个状态周期S包含 个状态周期S 2个节拍，前一时钟周期称 个节拍， 为P1拍，后一个时钟周期称 P1拍 为P2拍。如图2.13所示： P2拍 如图2.13所示： 2.13所示