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1、微控制器系统的各部分，是在CPU的统一指挥下协调工作的，芯片内部庞大的运算器、计数器、存储单元等数字单元电路，是按一定的时钟节拍同步工作的。而上电时，要从程序首端开始执行，需要一个复位控制动作（如执行计数器、寄存器请零等），因而电源、时钟、复位三者是微控制器正常工作必需的三要素。 1、电源 1）MCU器件，一般采用5V单电源供电，但对MCU内部电路而言，是分为数字电路电源，和模拟电路电源两个系列供电的，如M30800FCFP芯片，即分为Vcc、Vss数字电路供电和AVcc、AVss模拟电路供电两部分。模拟电路的5V供电，由99、96脚（模拟电源输入引脚）引入，用于AD转换器等模拟信号处理电路的
2、供电；Vcc、Vss数字电路的5V供电，分别由16/62、14/64脚（数字电路电源输入引脚）引入，用于其它数字信号处理电路。 模拟信号处理电路的电压幅度较小，工作频率较低，抗干扰能力较弱；数字电路的的门限电平和工作频率较高，抗干扰性能较强。将模拟电路的供电与数字电路的供电分开，可以减轻两种信号之间所产生的串扰，所以，微控制器的电源引脚一般有模拟和数字两种，并且可能多四个以上的引脚数量，这是微控制器供电的特点之一。 2）MCU或DSP器件，出于微功耗考虑，采用两个级别的供电电压，这是微控制器供电的特点之二。如上述TMS320F2810PBKA芯片，采用1.8V和3.3V两种供电电源，其中1.8
3、V的VDD/VDD1、Vss/Vss1的供电引脚多达20个；3.3V的VDDA1/VDDA2/VDDA10/VDD10/VDD3VFL、VssA10/VDCLO等供电引脚达8个；如果再算上接高电平和接地平的未用引脚，TMS320F2810PBKA芯片接供电电源的引脚数计33个（参见后文实际电路）。当然从ADD/ADDA和Ass/AssA标注的不同，也可进一步分出数字和模拟电路的供电引脚。因而对微控制器供电电源和供电引脚电压状态的检测，成为一个重要检修内容。微控制器对供电电源的稳定性有一定要求，检测供电电压值一般应在额定值的5%以内，过高或过低，会引起微控制器工作失常，另外，微控制器通常有供电电
4、源电压监测功能，在供电异常时会自动进入系统复位状态。 2、时钟 微控制器的有序工作，需要按一定固定的时间节拍进行，产生相应的定时信号和控制信号，而且各部分和各控制信号之间要满足一定的时间顺序。通常由微控制器内部振荡器和外接晶振元件产生一个振荡信号，又称为振荡时钟或时钟信号，内部各电路所需的时间基准不一的频率信号，则由该时钟信号分频取得。 （1）时钟发生电路有四种电路形式： 1）主时钟振荡电路 a、由时钟信号输入、输出引脚（内为高增益放大器）XTAL1（X1）、XTAL2（X2），与外接晶振元件，构成振荡器，向内部时钟电路提供时钟信号，一般MCU的时钟信号频率为424MHz以内，DSP的时钟频率
5、要高一些。 b、由外部振荡源（振荡电路）直接向XTLA1端输入时钟信号，微控制器本身不产生主时钟信号。 实际电路中，一般采用a电路形式。 2）副时钟振荡电路 副时钟振荡电路，部分微控制器电路有应用，振荡频率较低（如5kHz）。如M30800FCFP芯片电路，即采用主、副时钟两种振荡电路。采用副时钟振荡电路，一般是出于： a、降低功耗的考虑。通常，系统运行频率起高，电源功耗也就越大。若在不需要高速运行的情况下（如待机状态），停掉主时钟，只运行副时钟，可降低功耗，减小芯片发热延长使用寿命； b、主、副时钟各完成不同的工作任务，如副时钟用于为定时器、计数器的时间基准信号； c、因某种原因，导致主时钟
6、工作不正常（如受强干扰而停振），因副时钟仍正常工作的监控作用，可以检测主时钟的工作状态，并重新启动主时钟电路运行。 d、可以由程序切换主、副时钟的运行。 3）微控制器内部振荡器 一些微控制器具有内部副时钟电路，如1MHz的时钟信号发生器，一般在主时钟停止振荡时，暂时起到取代主时钟的作用，系统复位后（主时钟已经工作后）停止振荡。 （2）实际的时钟电路1）典型晶振电路 图7-8的（1）电路，为典型的时钟电路，外接晶振元件与EE87C196（MCU）芯片内部放大器，组成振荡时钟电路。MCU的82脚为时钟信号输入端，81脚时钟信号输出端。当81脚空置时，可由82脚输入外供时钟信号。MCU内、外部元件构
7、成的振荡器等效电路原理，如下图7-9所示。上图中，反相放大器A1、晶振X1与负载电容C1、C2构成三点式并联谐振电路， 晶振X1在并联谐振状态下可等效为电感元件。R1、C1、C2构成正反馈回路，使电路形成振荡条件；RF提供适度负反馈，将反相器设定在中间补偿区附近，使电路工作于高增益区域。 对晶振X1来说，C1、C2组成负载电容，一般取值范围为1230P，两只电容取相等的数值。C1、C2的选值影响振荡频率的稳定和准确，依据晶振元件厂家提供的参数进行选择。C1、C2对反馈信号有分压作用，当两电容的容量值相等时，分压系数为0.5。 2）E30800FCFP（MCU）芯片的主、副时钟电路 主时钟振荡频
8、率为20MHz，副时钟电路的振荡频率为50kHz，图7-8中的（2）电路中，给出了MCU晶振引脚的信号电压和测试波形图，供参考。 （3）晶振电路的测量方法（以图7-9电路为例）： 时钟电路的振荡频率为晶振元件的标称频率值。测量MCU晶振引脚的电压值，也可判断是否处于振荡或停振状态。 1）用示波器测量振荡波形 MCU晶振引脚的振荡波形，为标准正弦波电压波形。但因示波器带宽的限制，一般测量10MHz左右振荡频率的波形时，显示为正弦波，测量较高频率的振荡波形时，显示为三角形尖波。采用宽带（如100MHz）示波器，测量的波形更接近正弦波。 低带宽示波器探头有一定的等效电容值，测量MCU的时钟信号输入端
9、，探头电容会造成对反馈信号电压的分压（衰减），引起电路停振。但测量时钟信号输出端，因信号幅度较高和等效阻抗较低，不会对振荡产生太大影响，可以测到振荡波形。时钟信号输出端的信号电压幅度（峰值电压以VP-P标示），一般应达到供电电压的70%以上，5V供电时，测输出端电压幅度应为4V以上。 2）用数字频率计，由时钟引脚测量信号频率。 3）对晶振电压的检测 用数字万用表的直流电挡，可以测量晶振引脚的信号电压值，测量晶振信号输入脚时，也容量造成电路停振，使信号电压消失。 处于正常振荡状态时，时钟输出脚电压值约为（稍低于）供电电压的一半，一般为2.3V左右；时钟信号输入端，因C1、C2电容分压的缘故，信号
10、电压值低于输出端，如1.2V左右。注意：所测电压并非为固定值，因C1、C2电容的取值不同，和MCU内部电路的差异，时钟信号输入、输出脚的电压值有的相差大，有的相差小，如图7-8的（2）电路，两引脚的电压值就非常接近。 时钟信号输入、输出脚的电压值，若为0V或+5V，或两脚电压都为0V或5V，说明电路已处于停振状态。 4）人为停振法（慎用） 判断电路是否振荡，还可以施加人为信号干扰，如测量输出脚电压时，用小金属起子碰触时钟信号输入脚，输出脚电压值如有跳变（如电压升高变化），则说明电路振荡的；若无变化，说明处于停振状态。 若同时观察显示面板，若施加人为干扰信号时，显示内容有同步变化，说明电路处于振
11、荡状态。 注意！3）、4）测量方法，易引入强干扰（或人体静电），使MCU外挂存储器的控制参数变化！推荐1）、2）测量方法。 （4）时钟电路的故障表现 时钟是MCU系统的“心跳”发生器，停振时，系统无法满足正常工作条件，程序运行处于停滞状态。操作显示面板显示“-”、“88888”或无显示，操作面板按键无反应。如果进一步细致检查，会发现MCU的自检动作无法完成，如主板的系统（故障）状态指示灯一直点亮，充电继电器无动作信号等。 （5）晶振元件的电气参数、损坏现象和检测方法晶振元件的全称为石英晶体谐振振器，材料是一种压电晶体。石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应，若在晶片的两个极板间加一
12、电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。 其特点是频率稳定度很高。 在应用中晶振等效为一个电感，在晶振的两端并联上合适的电容它就会组成LC并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率
13、范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。 晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。 典型应用电路，见上图7-9。 晶振元件的主要电气参数 a、晶振的频率值，与晶体盒尺寸和振动模式有关。尺寸越小，所获得的最低频率越高。440MHz频率以内的应用最多。 b、频差，规定工作范围与频率允许偏差。在一定温度范围内的频差一般为2010。 c、负载电容量。一般由说明书给出参考值（如5PF）。 d、适用温度范围。如-40+80C。 晶振元件的损坏原因： a、受强烈震动损坏。石英晶体谐振振器由芯片、支架、外壳、电
14、极组成。晶体片较脆弱，易受振动而损坏。时钟电路处于停振状态。 b、受潮后产生漏电阻，或振荡阻力增强。时钟电路处于停振或不易起振、易停振状态。有时用烙铁加热引脚时起振，或在引脚施加干扰信号时起振，但出现随机性停振现象。 c、因老化原因，造成频率飘移，或不容易起振，和易于停振；频率偏移较大时，变频器易报“Err”错误故障。 晶振元件的检测方法： a、用指针式万用表的10k挡，测两引脚之间的电阻值，应为无穷大。如测出一定的电阻值，说明已产生漏电损坏。 b、用电容表测两引脚之间的电容值，一般为几皮法至几十皮法之间。元件的标称频率值高，所测电容值就小。若测量电容量为数百皮法以上或电容值为0，元件损坏。
15、c、摇动法。手拿晶振，放耳边摇动，细听有无细微的“哗啦”声，若有，说明内部晶片受振动碎裂。d、用简易振荡电路测试晶振的好坏。所测晶振与电路构成振荡器，晶振元件是好的，测电路起振，LED点亮。如配合频率计或示波器，则可以进一步测试振荡频率与波形。 晶振元件的代换： 晶振在电路中的符号是以“X”、“G”、“Z”等字母标注的，元件本体上一般直接用印字标注出频率值，如标注为20.0F6C或20M，说明频率标称值为20MHz。封装形式有直插和贴片封装两路，MCU主板电路中以后者应用为多。代换时做到封装形式、标称频率值二者的严格一致。 3、复位电路 MCU在上电或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处
16、于死循环“卡死”状态时，都需要进行复位操作，才能使MCU的中央处理器CPU及其它功能部件，都恢复到一个确定的初始状态，并从程序的初始执行点重新开始工作。强制复位时，是使MCU现在的工作全部停止后，又从零起步，开始新的工作阶段。 （1）MCU的复位控制方式 有硬件复位1、低电压检测复位（硬件复位2）、软件复位、看门狗定时器复位和振荡停止检测复位等数种复位控制方式。 1）硬件复位1 是通过RST或/RST引脚产生的复位动作。在接通电源时，电源电压有一个由0V上升至满足工作条件电压值的过程，在电源稳定后，由复位电路向RST或/RST引脚输入一个“暂态”的复位电平信号，主时钟电路开始工作，初始化引脚（使相关I/O口为无输出状态）；复位信号消失后，CPU和SFR开始初始化，并由复位向量指定的地址开
