MCS-51单片机应用教程1.5

1.580C51的外围电路时钟信号的产生时序的定时单位时序分析复位电路主要内容：单片机已经是一个小系统了，然而，由于实用系统中有一些功能器件无法集成到芯片内部，比如：晶振、复位电路等。这样就需要在片外附加相应的电路。一、时钟电路与时序用来产生单片机工作时所需要的时钟信号。研究的是指令中各信号之间的关系。单片机最小系统设计单片机本身是一个复杂的同步时序电路，为了保证这种同步工作的方式，各信号就应该在一个时钟信号控制下按时序工作。1、时钟信号的产生（1）采用内部时钟电路在80C51芯片内部有一个高增益反相放大器，输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为XTAL2。XTAL1、XTAL2间接晶体振荡器和微调电容，构成一个自激振荡器，这就是单片机的时钟电路。自激振荡器振荡脉冲信号时钟电路产生的振荡脉冲并不直接作为单片机的时钟脉冲信号，而是要经过触发器进行二分频才作为系统的时钟信号。时钟脉冲是振荡脉冲的二分频电容C1，C2的典型值是30pF，晶振频率范围是1.2~12MHZ。虽然晶振频率越高系统的时钟频率越高，单片机的运算速度也越快，但速度快对存储器的速度要求会很高，对电路板工艺要求也越高。所以，通常选晶体振荡频率为6MHZ或12MHZ的石英晶体。（2）引入外部时钟电路当某个系统由多个80C51组成，各个单片机间要保持时钟信号的同步，应当引入一个公用外部脉冲作为系统中各单片机的振荡脉冲。这时外部脉冲信号从XTAL1引入，XTAL2悬空。而对于8031单片机，外部时钟信号由XTAL2端引入，此时XTAL1接地。外部脉冲信号应当是高低电平持续的时间都大于20ns的方波，且脉冲频率应低于12MHZ。2、时序的定时单位时序是用定时单位来说明的，MCS–51的时序定时单位共有４个，从小到大依次是：节拍、状态、机器周期和指令周期。（1）节拍与状态节拍（P）：把振荡脉冲的周期定义为一个节拍。状态（Ｓ）：振荡脉冲经过二分频后，就是单片机的时钟信号，把时钟信号的周期定义为状态。一个状态包括两个节拍，即1S=2P（P1和P2）。（2）机器周期80C51单片机有固定的机器周期。80C51一个机器周期的宽度为6个状态，表示为S1~S6，又由于1S=2P。所以一个机器周期共有12个节拍，表示为S1P1、S1P2…….S6P1、S6P2。举例：若振荡脉冲的频率为fosc=12MHZ，计算其机器周期为多少？答案：因为振荡频率为12MHZ，时钟频率为振荡频率的1/2，所以时钟频率为6MHZ。则时钟周期为(1/6)μs。而一个机器周期为6个状态（时钟周期），所以，机器周期为6*（1/6）=1μs。同样，当振荡脉冲频率为６ＭＨＺ时，一个机器周期为２μs。（3）指令周期指令周期是最大的时序定时单位，执行一条指令需要的时间称之为指令周期，MCS–51的指令周期，根据指令的不同，可以包含有1、2、4个机器周期。S机器周期1取指令、译码指令周期机器周期2取操作数、执行基本定时时序关系3、时序分析执行周期取址周期取指令分析执行①单字节单周期指令（如INCA）：由于是单字节指令，因此只须进行一次读指令操作，当第二个ALE有效时，由于PC没有加１，所以读出的还是原指令，属于一次无效的操作。②双字节单周期指令（如ADDA、#DATA）这种情况下对应于ALE的两次读操作码都是有效的，第一次是读指令操作码，第二次是读第二字节（立即数）。③单字节双周期指令（如INCDPTR）两个机器周期共进行４次读指令的操作，但其中后三次的读操作全是无效的。ALE时钟S1S4S6S5S3S2读操作码读操作码(无效)(a)1字节1周期指令读下一指令S1S4S6S5S3S2读操作码读第二字节(b)2字节1周期指令读下一指令S1S4S6S5S3S2读操作码读操作码(无效)(c)1字节2周期指令读下一指令S1S4S6S5S3S2MCS-51的取指/执行时序④双字节双周期指令（MOVX指令）MOVX类指令情况有所不同，因为执行这类指令时，先在ROM读指令，然后对外部RAM进行读／写操作。二、复位电路1、复位概念复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000Ｈ单片开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键进行重新启动。专用寄存器复位状态专用寄存器复位值PC0000HACC00HB00HPSW00HSP07HDPTR0000HP0～P3FFHIPXXX00000BIE0XX00000BTMOD00HTCON00HTH000HTL000HTH100HTL100HSCON00HSBUF不定PCON(CHMOS)0XXX0000B复位操作还对单片机的个别引脚信号有影响，例如，把ALE=1和。1PSEN2、复位信号及其产生复位信号：RST，高电平有效。有效时间应持续24个振荡脉冲周期（即2个机器周期）。3、复位方式复位操作有三种方式：上电自动复位，按键手动复位，利用看门狗技术实现自动复位。通过外部复位电路的电容充放电来实现。通过使RST端经电阻与Vcc接通而实现，它兼具上电复位的功能。对于再内部有看门狗电路的单片机，只需在程序中启动内部看门狗电路就可以在系统程序错误或某种干扰引起系统错误时，自动发出复位脉冲使单片机复位。80C51内部没有看门狗电路，可以利用看门狗芯片或电路来实现复位。三、MCS–51最小系统以片内无ROM的8031为例来介绍最小系统的硬件电路。1.系统组成8031单片机、复位电路、时钟电路、锁存器、EPROM2732等。2.系统说明片外4KEPROM要求地址线12根（A0～A11）。8031最小系统本节小结时钟电路与时序复位电路最小系统时钟电路时序复位概念典型复位电路内部时钟电路外部时钟电路节拍状态机器周期指令周期