單片機的時鐘信號用來提供單片機片內各種微操作的時間基準,復位操作則使單片機的片內電路初始化,使單片機從一種確定的初態開始運行。
時鐘電路:
8031單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內部振蕩方式和外部振蕩方式。
在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器,就構成了內部振蕩方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器,當外接晶振后,就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。內部振蕩方式的外部電路如下圖所示。
圖中,電容器Col,C02起穩定振蕩頻率、快速起振的作用,其電容值一般在5-30pF。晶振頻率的典型值為12MH2,采用6MHz的情況也比較多。內部振蕩方式所得的時鐘情號比較穩定,實用電路中使用較多。
外部振蕩方式是把外部已有的時鐘信號引入單片機內。這種方式適宜用來使單片機的時鐘與外部信號保持同步。外部振蕩方式的外部電路如下圖所示。
由上圖可見,外部振蕩信號由XTAL2引入,XTAL1接地。為了提高輸入電路的驅勸能力,通常使外部信號經過一個帶有上拉電阻的TTL反相門后接入XTAL2。
基本時序單位:
單片機以晶體振蕩器的振蕩周期(或外部引入的時鐘周期)為最小的時序單位,片內的各種微操作都以此周期為時序基準。
振蕩頻率二分頻后形成狀態周期或稱s周期,所以,1個狀態周期包含有2個振蕩周期。振蕩頻率foscl2分頻后形成機器周期MC。所以,1個機器周期包含有6個狀態周期或12個振蕩周期。1個到4個機器周期確定一條指令的執行時間,這個時間就是指令周期。8031單片機指令系統中,各條指令的執行時間都在1個到4個機器周期之間。
4種時序單位中,振蕩周期和機器周期是單片機內計算其它時間值(例如,波特率、定時器的定時時間等)的基本時序單位。下面是單片機外接晶振頻率12MHZ時的各種時序單位的大小:
振蕩周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us
復位電路:
當MCS-5l系列單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現2個機器周期以上的高電平時,單片機就執行復位操作。如果RST持續為高電平,單片機就處于循環復位狀態。
根據應用的要求,復位操作通常有兩種基本形式:上電復位和上電或開關復位。
上電復位要求接通電源后,自動實現復位操作。常用的上電復位電路如下圖A中左圖所示。圖中電容C1和電阻R1對電源十5V來說構成微分電路。上電后,保持RST一段高電平時間,由于單片機內的等效電阻的作用,不用圖中電阻R1,也能達到上電復位的操作功能,如下圖(A)中右圖所示。
上電或開關復位要求電源接通后,單片機自動復位,并且在單片機運行期間,用開關操作也能使單片機復位。常用的上電或開關復位電路如上圖(B)所示。上電后,由于電容C3的充電和反相門的作用,使RST持續一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時,按下復位鍵K后松開,也能使RST為一段時間的高電平,從而實現上電或開關復位的操作。
根據實際操作的經驗,下面給出這兩種復位電路的電容、電阻參考值。
上圖(A)中:Cl=10-30uF,R1=1kO
上圖1.27(B)中:C:=1uF,Rl=lkO,R2=10kO
單片機復位后的狀態:
單片機的復位操作使單片機進入初始化狀態,其中包括使程序計數器PC=0000H,這表明程序從0000H地址單元開始執行。單片機冷啟動后,片內RAM為隨機值,運行中的復位操作不改變片內RAM區中的內容,21個特殊功能寄存器復位后的狀態為確定值,見下表。
值得指出的是,記住一些特殊功能寄存器復位后的主要狀態,對于了解單片機的初態,減少應用程序中的韌始化部分是十分必要的。
說明:表中符號*為隨機狀態;
A=00H,表明累加器已被清零;
特殊功能寄存器初始狀態特殊功能寄存器初始狀態A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0~P3FFHSBUF不定
IP***00000BSCON00HIE0**00000BPCON0*******B
PSW=00H,表明選寄存器0組為工作寄存器組;
SP=07H,表明堆棧指針指向片內RAM 07H字節單元,根據堆棧操作的先加后壓法則,第一個被壓入的內容寫入到08H單元中;
Po-P3=FFH,表明已向各端口線寫入1,此時,各端口既可用于輸入又可用于輸出;
IP=×××00000B,表明各個中斷源處于低優先級;
IE=0××00000B,表明各個中斷均被關斷;
系統復位是任何微機系統執行的第一步,使整個控制芯片回到默認的硬件狀態下。51單片機的復位是由RESET引腳來控制的,此引腳與高電平相接超過24個振蕩周期后,51單片機即進入芯片內部復位狀態,而且一直在此狀態下等待,直到RESET引腳轉為低電平后,才檢查EA引腳是高電平或低電平,若為高電平則執行芯片內部的程序代碼,若為低電平便會執行外部程序。
51單片機在系統復位時,將其內部的一些重要寄存器設置為特定的值,(在特殊寄存器介紹時再做詳細說明)至于內部RAM內部的數據則不變。