第2章 MCS-51单片机时钟与复位电路.
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1、2022-5-3012022-5-3021.1.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、进行微操作，这样自动地、步一步地由微操作按次序完成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顺序如下图2.102.10所示所示： 一、时钟的基本概念一、时钟的基本概念取指取指分析分析执行执
2、行2.2.概念概念 时序：各指令的微操作在时间上有严格的次序，这时序：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：用于产生单片机工作所需要时钟信号的时钟电路：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。2022-5-303二、振荡器和时钟电路二、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-51MCS-51单片机内部有一个高增益的单片机内部有一个高增益的反相放大器，其输入端为引脚反相放大器，其输入端为引
3、脚XTAL1XTAL1（1919），输出端为引脚），输出端为引脚XTAL2XTAL2（1818），用于外接石英晶体振荡器），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。如图接送入内部的时钟电路。如图2.112.11或或2.122.12（a a）所示。）所示。2022-5-304图图2.12 MCS-512.12 MCS-51振荡电路及外部时钟源的连接振荡电路及外部时钟源的连接2022-5-305 电容电容C1C1，C2C2 对频率有微调作用，电容一般取值对频率有微调作用，电容
4、一般取值5 530pF30pF，典型，典型值为值为30pF30pF； 晶振晶振CYSCYS 选择范围为选择范围为1.2 1.2 12MHz12MHz，典型值为，典型值为6 MHz6 MHz和和12MHz12MHz。（注：一般情况下，选用（注：一般情况下，选用6 MHz6 MHz的石英晶体，而在串行的石英晶体，而在串行通信情况下选用通信情况下选用12MHz12MHz。）。）参数选择：参数选择：2022-5-306 外部引入方式常用于外部引入方式常用于多片单片机组成的系统多片单片机组成的系统中，以便中，以便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。 对于对于HMOSHMOS型单片
5、机（如型单片机（如80518051），可用来输入外部脉冲），可用来输入外部脉冲信号，如图信号，如图2.122.12（b b）所示，）所示，XTAL1XTAL1（1919）接地，）接地，XTAL2XTAL2（1818）接外部时钟，由于接外部时钟，由于XTAL2XTAL2（1818）的逻辑电平与）的逻辑电平与TTLTTL电平不兼容，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。 对于对于CHMOSCHMOS单片机（如单片机（如80C5180C51），外部时钟要由），外部时钟要由XTAL1XTAL1引入，而引入，而XTAL2XTAL2引脚应悬空。如图引脚应悬空。如图2.112.11（c c
6、）所示。）所示。2.2.外部引入方式外部引入方式2022-5-307三、时序单位三、时序单位基本概念：基本概念：MCS- 51MCS- 51时序的定时单位共有时序的定时单位共有4 4个，个，从小到大从小到大依次是：依次是：时时钟周期（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。 时钟周期（拍节，振荡周期）：是指时钟周期（拍节，振荡周期）：是指振荡器产生一个振荡器产生一个振荡脉冲信号所用的时间，是振荡脉冲信号所用的时间，是振荡频率的倒数振荡频率的倒数，称为节，称为节拍，为拍，为最小的时序单位最小的时序单位。2022-5-3082.2.状态周期：指振荡器脉冲状
7、态周期：指振荡器脉冲信号经过信号经过时钟电路二分频时钟电路二分频之之后产生的单片机时钟信号的后产生的单片机时钟信号的周期（用周期（用S S表示）称为状态表示）称为状态周期。故周期。故1 1个状态周期个状态周期S S包含包含2 2个节拍个节拍，前一时钟周期称，前一时钟周期称为为P1P1拍，后一个时钟周期称拍，后一个时钟周期称为为P2P2拍。如图拍。如图2.132.13所示：所示：图图2.13 80C512.13 80C51单片机时钟信号单片机时钟信号2022-5-3093. 3. 机器周期：是指机器周期：是指CPUCPU完成某一个规定操作所需的时间。完成某一个规定操作所需的时间。 MCS-51
8、MCS-51单片机的一单片机的一个机器周期包含个机器周期包含6 6个状态个状态，并依次，并依次表示为：表示为：S1S1S6S6，每个状态分为每个状态分为2 2个拍个拍。故一。故一个机器周期包个机器周期包含含1212个节拍（时钟周期），个节拍（时钟周期），依次表示为：依次表示为：S1P1S1P1、S1P2S1P2、S2P1S2P1、S6P1S6P1、S6P2S6P2。若采用。若采用12MHz12MHz的晶振时，则一个机器的晶振时，则一个机器周期为周期为1s1s；若采用晶振；若采用晶振6MHz6MHz时，则一个机器周期为时，则一个机器周期为2s2s。2022-5-30104. 4. 指令周期指令周
9、期 是是CPUCPU执行一条指令所需要的时间为指令周期。执行一条指令所需要的时间为指令周期。 MCS-51 MCS-51单片机包含单片机包含1 1个或个或2 2个或个或4 4个机器周期个机器周期。 若采用若采用6MHz6MHz晶振，则振荡周期为晶振，则振荡周期为1/6s1/6s，机器周期为，机器周期为2s2s、4s4s或或8s8s。2022-5-3011 MCS-51 MCS-51系列单片机的指令按其长度可分为：系列单片机的指令按其长度可分为：单字节单字节指令，双字节指令和三字节指令指令，双字节指令和三字节指令。四、取指令和执行指令时序四、取指令和执行指令时序 由图由图2.142.14所示，所
10、示，ALEALE信号在一个机器周期内两次有效，第信号在一个机器周期内两次有效，第一次在一次在S1P2S1P2和和S2P1S2P1期间，第二次在期间，第二次在S4P2S4P2和和S5P1S5P1期间，期间，ALEALE信信号的有效宽度为一个号的有效宽度为一个S S状态。每出现一个状态。每出现一个ALEALE信号，信号，CPUCPU就可就可进行一次取指操作。进行一次取指操作。2022-5-3012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2022-5-3013 图图2-142-14（a a）与（）与（b b）分
11、别为单字节单周期和双字节单周）分别为单字节单周期和双字节单周期指令的时序。期指令的时序。 对于单周期指令对于单周期指令，在把指令码读入指令寄存器时，从，在把指令码读入指令寄存器时，从S1P2S1P2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如果它为双字节指今，则在同一机器周期的S4S4读入第二读入第二字节字节； 如果它为单字节指令，则在如果它为单字节指令，则在S4S4仍旧进行读操作仍旧进行读操作，但，但读入读入的字节的字节( (它应是下一个指令码它应是下一个指令码) )被忽略，而且程序计数据不被忽略，而且程序计数据不加加1 1。在任何情况下，在。在任何情况下，在S6P
