单片机系统结构(三)——时钟电路

MCS-51内部时钟电路(CHMOS型)

内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。
PD为电源控制寄存器中的一位,PD=1时,可切断振荡器工作,使系统进入低功耗工作状态。

石英晶体振荡电路

将石英晶体、C1、C2作为反馈元件,与内部放大器一起构成一个自激振荡器,其发出的脉冲直接送入内部时钟。

  • 石英晶体的特性
    当信号频率为$f_0$时,石英晶体的阻抗最小,信号最易通过
    振荡频率只取决于谐振频率$f_0$,一般为$1.2MHz~12MHz$
  • 电容参数
    C1和C2一般取30±10PF,电容的大小会略微影响振荡频率及振荡的稳定性
    在设计印刷线路板时,应使晶体和电容尽可能离单片机近些,以减少寄生电容

外部时钟源接法

外接时钟源

不同类型的单片机,外部振荡源信号可能接入X2,要参考单片机具体内部电路或手册
对外部信号的占空比没有什么要求,但要求最小高电平和低电平持续时间应符合产品技术条件的要求(20ns)

CPU时序

时序是非常重要的概念,它指明单片机内部及内部与外部相互联系所遵循的规律
CPU时序

振荡周期

为单片机提供定时信号的振荡源的周期  

状态周期(时钟周期或S周期)

是振荡周期的2倍,每个时钟周期被分为2个节拍,即P1、P2  
在每个时钟周期的前半周期,P1信号有效,这时通常完成算术、逻辑操作
在每个时钟周期的后半周期,P2信号有效,内部寄存器与寄存器之间的传输一般发生在此状态  

机器周期

一个机器周期由六个时钟周期组成,机器周期是指令执行时间的基本单位  

指令周期

执行一条指令所需的全部时间,一个指令周期通常包含1、2、4个机器周期  

指令长度(1~3字节)与指令周期的关系

单字节、双字节指令可能是单周期或双周期的
3字节指令都为双周期
乘除法指令为4周期

复位与复位电路

复位是使CPU和系统中其它部件处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作
RST引脚上出现2个周期的高电平时,单片机复位

单片机的复位状态

寄存器
PC 0000H
ACC 00H
B 00H
PSW 00H
SP 07H
DPTR 0000H
P0 0FFH
IP XX000000
IE 0X000000
TMOD 00H
TCON 00H
TH0 00H
TL0 00H
TH1 00H
TL1 00H
SCON 00H
SBUF XXH
PCON X0000

复位电路

  1. 上电复位电路
  2. 开关复位电路