单片机第2章 (2)89C51单片机硬件结构和原理(2).pptVIP

2.4 CPU时序 2.4.1 片内振荡器及时钟信号的产生 2.4.1 片内时钟信号的产生 1. 节拍与状态周期 ●时钟发生器是一个2分频的触发器电路，它将振荡器的信号频率Fosc除以2，向CPU提供两相时钟信号P1和P2。时钟信号的周期称为机器状态周期S(STATE)，是振荡周期的2倍。在每个时钟周期(即机器状态周期S)的前半周期，相位1(P1)信号有效，在每个时钟周期的后半周期，相位2(P2，节拍2)信号有效。 ●每个时钟周期(以后常称状态S)有两个节拍(相)P1 和P2，CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥89C51单片机各个部件协调地工作。 一个机器周期是指CPU访问存储器一次所需的时间。例如，取指令、读存储器、写存储器等等。 一个机器周期包括12个振荡周期，分为6个S状态：S1~S6。 每个状态又分为两拍，称为P1和P2。 因此，一个机器周期中的12个振荡周期表示为S1P1，S1P2，S2P1，···，S6P1，S6P2。 若采用6MHz晶体振荡器，则每个机器周期为2μs（微秒） 指令周期：执行一条指令所需的时间。 每条指令由一个或若干个字节组成。有单字节指令，双字节指令，…多字节指令等。字节数少则占存储器空间少。 每条指令的指令周期都由一个或几个机器周期组成。有单周期指令、双周期指令、和四周期指令。机器周期数少则执行速度快。 3. 基本时序定时单位 89C51或其他80C51单片机的基本时序定时单位有如下4个: 振荡周期:晶振的振荡周期，为最小的时序单位。 状态周期:振荡频率经单片机内的二分频器分频后提供给片内CPU的时钟周期。因此，一个状态周期包含2个振荡周期。 机器周期:1个机器周期由6个状态周期即12个振荡周期组成，是计算机执行一种基本操作的时间单位。 指令周期:执行一条指令所需的时间。一个指令周期由1～4个机器周期组成，依据指令不同而不同，见附录A。 2.4.2 CPU取指、执行周期时序 2.5 复位操作 主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。 复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表2－8所列。 表2－8中的符号意义如下： 表2－8 各特殊功能寄存器的复位值 2.5.2 复位信号及其产生 一、复位信号： RST引脚为复位信号输入端。 当RST引脚为高电平，且有效时间持续24个振荡周期以上，才能复位。 二、产生复位信号的电路逻辑图： 如图2-15所示。 2.5.3 复位电路 一、上电自动复位： 是通过外部复位电路的电容充电实现。 如图2-16(a)所示。 二、按键手动复位： 按键电平复位方式：如图2-16(b)所示。 2.6 89C51单片机的低功耗工作方式 89C51提供两种节电工作方式，即空闲（等待、待机）方式和掉电（停机）工作方式 图2－17所示为实现这两种方式的内部电路。 由图2－17可见，若IDL=0，则89C51将进入空闲运作方式。在这种方式下，振荡器仍继续运行，但IDL封锁了去CPU的“与”门，故CPU此时得不到时钟信号。而中断、串行口和定时器等环节却仍在时钟控制下正常运行。掉电方式下（PD=0），振荡器冻结。 图2－17中，PD和IDL均为PCON中PD和IDL触发器的输出端。 2.6.1 方式的设定 空闲方式和掉电方式是通过对SFR中的PCON（地址87H)相应位置1而启动的。 图2－18所示为89C51电源控制寄存器PCON各位的分布情况。HMOS器件的PCON只包括一个SMOD位，其他4位是CHMOS器件独有的。3个保留位用户不得使用。 图2-18中各符号的名称和功能如下： SMOD：波特率倍频位。若此位为1，则串行口方式1、方式2和方式3的波特率加倍。 GF1和GF0：通用标志位。 PD：掉电方式位。此位写1即启动掉电方式。由图2-17可见，此时时钟冻结。 IDL：空闲方式位。此位写1即启动空闲方式。这时CPU因无时钟控制而停止运作。如果同时向PD和IDL两位写1，则PD优先。 89C51中PCON的复位值为0×××0000B。 2.6.2 空闲（等待、待机）工作方式 CPU执行完置IDL=1(PCON.0）的指令后，系统进入空闲工作方式。 进入空闲方式后，有两种方法可以使系统退出空闲方式： ▲一是任何的中断请求被响应都可以由硬件将PCON.0（IDL）清0而中止空闲工作方式。 ▲另一种退出空闲方式的方法是硬件复位。 2.6.3 掉电（停机）工作方式 当CPU执行一条置PCON.1位（PD）为1的指令后，系统进入掉电工作方式。 退出掉电方式的唯一方法是由硬件复位，复位后将所有特殊功能寄存器的内容初始化，但不改变片内RAM区的数据。 在掉电工作方式下，VCC可以降到2V，但在进入掉电方式之前，VCC不能降低。