【正文】 越快 。速度快對(duì) 存儲(chǔ)器的速度要求就高 ，印制電路板的工藝要求也高，即線(xiàn)間的寄生電容要小。晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機(jī)靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。為提高溫度穩(wěn)定性，采用 溫度穩(wěn)定性能好 的電容。 常選 6MHz或 12MHz的 石英晶體 。隨著集成電路制造工藝技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的 時(shí)鐘頻率 也在逐步提高 ，已達(dá) 33MHz。 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 83 2．外部時(shí)鐘方式 用現(xiàn)成的外部振蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào)， 常用于 多片 AT89S51同時(shí)工作，以便于多片 AT89S51單片機(jī)之間的同步，一般為低于12MHz的方波。 外部時(shí)鐘源 直接接到 XTAL1端 ， XTAL2端懸空 ，見(jiàn) 圖 214。 圖 214 AT89S51的外部時(shí)鐘方式電路 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 84 3．時(shí)鐘信號(hào)的輸出 當(dāng)使用片內(nèi)振蕩器， XTAL XTAL2引腳還能為應(yīng)用系統(tǒng)中的其他芯片提供時(shí)鐘，但需增加驅(qū)動(dòng)能力。其 引出的方式有兩種 ，如 圖 215所示 。 圖 215 時(shí)鐘信號(hào)的兩種引出方式 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 85 機(jī)器周期、指令周期與指令時(shí)序 各種指令時(shí)序與時(shí)鐘周期 相 關(guān)。 1．時(shí)鐘周期 時(shí)鐘控制信號(hào)的 基本時(shí)間單位 。若晶振頻率為 fosc，則時(shí)鐘周期 Tosc=1/fosc。如 fosc=6MHz， Tosc=。 2．機(jī)器周期 CPU完成一個(gè)基本操作所需時(shí)間為 機(jī)器周期 。 執(zhí)行一條指令分為幾個(gè)機(jī)器周期 。每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè) 基本操作 ，如取指令、讀或?qū)憯?shù)據(jù)等。每 12個(gè)時(shí)鐘周期 為 1個(gè)機(jī)器周期 。 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 86 1個(gè)機(jī)器周期 包括 12個(gè)時(shí)鐘周期 ，分 6個(gè)狀態(tài) ： S1～ S6。每個(gè) 狀態(tài)又分兩拍 ： P1和 P2。因此，一個(gè)機(jī)器周期中的 12個(gè)時(shí)鐘周期 表示為 S1P S1P S2P S2P … 、S6P2， 如 圖 216所示 。 圖 216 AT89S51的機(jī)器周期 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 87 3．指令周期 執(zhí)行一條指令 所需的時(shí)間 。簡(jiǎn)單的 單字節(jié)指令 ，取出指令立即執(zhí)行， 只需 一個(gè)機(jī)器周期 的時(shí)間 。而有些 復(fù)雜的指令 ，如 轉(zhuǎn)移、乘、除指令 則需 兩個(gè) 或 多個(gè) 機(jī)器周期。 從指令執(zhí)行時(shí)間看 : ? 單字節(jié)和雙字節(jié) 指令 一般為單機(jī)器周期 和 雙機(jī)器周期 。 ? 三字節(jié)指令 都是 雙機(jī)器周期 。 ? 乘、除指令 占用 4個(gè)機(jī)器周期 。 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 88 復(fù)位操作和復(fù)位電路 單片機(jī)的 初始化操作 ，給復(fù)位腳 RST加上 大于 2個(gè)機(jī)器周期（即 24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的 高電平 就使 AT89S51復(fù)位。 復(fù)位操作 復(fù)位時(shí)， PC初始化為 0000H，程序從 0000H單元開(kāi)始執(zhí)行。 除系統(tǒng)的正常初始化外，當(dāng) 程序出錯(cuò) （如程序跑飛）或 操作錯(cuò)誤 使系統(tǒng)處于 死鎖 狀態(tài)時(shí)， 需按復(fù)位鍵 使 RST腳為高電平，使 AT89S51擺脫 “跑飛” 或 “死鎖” 狀態(tài)而重新啟動(dòng)程序。 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 89 復(fù)位操作還對(duì) 其他一些寄存器 有影響，這些寄存器復(fù)位時(shí)的狀態(tài) 見(jiàn) 表 27。由 表 27可看出，復(fù)位時(shí)，SP=07H ，而 P0～ P3引腳均為高電平 。 在某些控制應(yīng)用中，要 注意考慮 P0～ P3引腳的高電平 對(duì)接在這些引腳上的外部電路的影響 。 例如， 當(dāng) P1口某個(gè)引腳外接一個(gè)繼電器繞組，當(dāng)復(fù)位時(shí)，該引腳為高電平，繼電器繞組就會(huì)有電流通過(guò)，就會(huì)吸合繼電器開(kāi)關(guān)，使開(kāi)關(guān)接通，可能會(huì)引起意想不到的后果。 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 90 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 91 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 由復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)。 AT89S51片內(nèi)復(fù)位電路結(jié)構(gòu)見(jiàn) 圖 217。 復(fù)位引腳 RST通過(guò)一個(gè)施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 復(fù)位電路采用 上電自動(dòng)復(fù)位 和 按鈕復(fù)位 兩種方式 。 最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路如 圖 218所示。 對(duì)于 CMOS型單片機(jī)， 由于在 RST引腳內(nèi)部 有一個(gè) 下拉電阻 ，可將 電阻 R去掉 ，而將 電容 C選為 10?F。 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 92 圖 217 片內(nèi)復(fù)位電路結(jié)構(gòu) 圖 218 上電復(fù)位電路 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 93 上電自動(dòng)復(fù)位 是給電容 C 充電加給 RST引腳一個(gè) 短的高電平信號(hào) ，此信號(hào)隨著 VCC對(duì)電容 C 的充電過(guò)程而逐漸回落，即 RST引腳上的 高電平持續(xù)時(shí)間 取決于電容 C 充電時(shí)間 。為保證系統(tǒng)可靠復(fù)位， RST引腳上的高電平必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。 除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要 按鍵手動(dòng)復(fù)位 。按鍵手動(dòng)復(fù)位有 電平 和 脈沖 兩種方式 。 按鍵手動(dòng) 復(fù)位 電路見(jiàn) 圖 219。 脈沖復(fù)位 是利用 RC 微分電路產(chǎn)生的 正脈沖 來(lái)實(shí)現(xiàn) 的，脈沖復(fù)位電路見(jiàn) 圖 220。圖中阻容參數(shù)適于 6MHz時(shí)鐘。 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 94 圖 219 按鍵電平復(fù)位電路 圖 220 按鍵脈沖復(fù)位電路 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 95 圖 221所示電路能 輸出 高、低兩種電平 的復(fù)位控制信號(hào)，以適應(yīng)外圍 I/O接口芯片所 要求的 不同復(fù)位電平信號(hào) 。單穩(wěn)電路如 圖 22174LS122 ，實(shí)驗(yàn)表明，電容 C 的選擇約為 ?F較好。 圖 221 兩種實(shí)用的兼有上電復(fù)位與按鍵復(fù)位的電路 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 96 低功耗節(jié)電模式 兩種低功耗節(jié)電工作模式 ： 空閑模式 （ idle mode）和掉電保持模式 （ power down mode）。 掉電保持模式 下， Vcc可由 后備電源 供電。 圖 222為兩種節(jié)電模式的 內(nèi)部控制電路 。 圖 222 低功耗節(jié)電模式的控制電路 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 97 兩種節(jié)電模式可通過(guò) PCON的 位 IDL和 位 PD的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。格式如 圖 223所示 。 圖 223 特殊功能寄存器 PCON的格式 PCON寄存器各位定義： SMOD： 串行通信波特率選擇（該位見(jiàn)第 7章的介紹）。 ━ ： 保留位。 GF GF0： 通用標(biāo)志位，兩個(gè)標(biāo)志位用戶(hù)使用。 PD： 掉電保持模式控制位， PD=1，則 進(jìn)入掉電保持模 式。 IDL： 空閑模式控制位，若 IDL=1，則 進(jìn)入空閑運(yùn)行模式 。 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 98 空閑模式 1. 空閑模式進(jìn)入 如把 PCON中的 IDL位置 1， 由 圖 222，則把通往 CPU的時(shí)鐘信號(hào)關(guān)斷，便 進(jìn)入空閑模式 。雖然振蕩器運(yùn)行，但是 CPU進(jìn)入空閑狀態(tài) 。所有 外圍電路（中斷系統(tǒng)、串行口和定時(shí)器）仍繼續(xù)工作 ， SP、 PC、 PSW、 A、 P0～ P3端口等所有其他寄存器 、 內(nèi)部 RAM和 SFR中內(nèi)容均保持進(jìn)入空閑模式前狀態(tài)。 2. 空閑模式退出 兩種方法退出 ， 響應(yīng)中斷方式 ， 硬件復(fù)位方式 。 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 99 空閑模式下，若 任一個(gè) 允許的 中斷請(qǐng)求被響應(yīng) 時(shí)， IDL位 被片內(nèi)硬件自動(dòng)清 0，從而 退出空閑模式 。當(dāng)執(zhí)行完中斷服務(wù)程序返回時(shí)，將從設(shè)置空閑模式指令的下一條指令（斷點(diǎn)處）繼續(xù)執(zhí)行程序。 當(dāng)使用 硬件復(fù)位 退出空閑模式時(shí)，在復(fù)位邏輯電路發(fā)揮控制作用前，有長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間，單片機(jī)要從斷點(diǎn)處（ IDL位置 1指令的下一條指令處）繼續(xù)執(zhí)行程序。在這期間，片內(nèi)硬件阻止 CPU對(duì)片內(nèi) RAM的訪(fǎng)問(wèn)，但不阻止對(duì)外部端口（或外部 RAM）的訪(fǎng)問(wèn)。 為了避免在硬件復(fù)位退出空閑模式時(shí)出現(xiàn)對(duì)端口（或外部 RAM）的不希望的寫(xiě)入，在進(jìn)入空閑模式時(shí)，緊隨 IDL位置 1指令后的不應(yīng)是寫(xiě)端口（或外部 RAM）的指令。 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 100 掉電運(yùn)行模式 1. 掉電模式的進(jìn)入 用指令把 PCON寄存器的 PD位 置 1，便 進(jìn)入掉電模式 。由 圖222，在掉電模式下， 進(jìn)入時(shí)鐘振蕩器的信號(hào) 被封鎖 ，振蕩器停止工作。 由于沒(méi)有時(shí)鐘信號(hào)，內(nèi)部的 所有功能部件均停止工作 ，但片內(nèi) RAM和 SFR的原來(lái)的內(nèi)容都被保留 ，有關(guān) 端口的輸出狀態(tài)值 都 保存在對(duì)應(yīng)的特殊功能寄存器中 。 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 101 2. 掉電模式的退出 兩種方法 ： 硬件復(fù)位 和 外部中斷 。硬件復(fù)位時(shí)要重新初始化 SFR，但不改變片內(nèi) RAM的內(nèi)容。只有當(dāng) Vcc恢復(fù)到正常工作水平時(shí)，只要硬件復(fù)位信號(hào)維持 10ms，便可使單片機(jī)退出掉電運(yùn)行模式。 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 102 掉電和空閑模式下的 WDT 掉電模式下振蕩器停止，意味著 WDT也就停止計(jì)數(shù)。 用戶(hù)在掉電模式下不需操作 WDT。 退出 有 兩種方法 ： 硬件復(fù)位 和 外部中斷 。當(dāng)用硬件復(fù)位退出掉電模式時(shí)，對(duì) WDT的操作與正常情況一樣。中斷方式退出掉電模式時(shí)，應(yīng)使中斷輸入保持足夠長(zhǎng)時(shí)間的低電平，以使振蕩器達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)中斷變?yōu)楦唠娖街?，該中斷被?zhí)行，在中斷服務(wù)程序中復(fù)位寄存器 WDTRST。在 外部中斷引腳保持低電平 時(shí)，為防止 WDT溢出復(fù)位，在系統(tǒng)進(jìn)入掉電模式前先對(duì)寄存器 WDTRST復(fù)位。 第 2章 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 103 在 進(jìn)入空閑模式 前， 應(yīng)先設(shè)置 AUXR中的 WDIDLE位 ，以確認(rèn)WDT是否繼續(xù)計(jì)數(shù)。 當(dāng) WDIDLE=0，空閑模式下的 WDT保持繼續(xù)計(jì)數(shù)。為防止復(fù)位單片機(jī)，用戶(hù)可設(shè)計(jì)一定時(shí)器。該定時(shí)器使器件定時(shí)退出空閑模式，然后復(fù)位 WDTRST，再 103103重新進(jìn)入空閑模式。 當(dāng) WDIDLE=1， WDT在空閑模式下暫停計(jì)數(shù)，退出空閑模式后，方可恢復(fù)計(jì)數(shù)。