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1、单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。时钟电路：8031单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如下图所示。图中，电容器Col，C02起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在5-30pF。晶振频率的典型值为12MH2采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟情号比较稳
2、定，实用电路中使用较多。外部振荡方式是把外部已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适宜用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。外部振荡方式的外部电路如下图所示。由上图可见，外部振荡信号由XTAL2引入，XTAL1接地。为了提高输入电路的驱劝能力，通常使外部信号经过一个带有上拉电阻的TTL反相门后接入XTAL2基本时序单位：单片机以晶体振荡器的振荡周期（或外部引入的时钟周期）为最小的时序单位，片内的各种微操作都以此周期为时序基准。振荡频率二分频后形成状态周期或称s周期，所以，1个状态周期包含有2个振荡周期。振荡频率foscl2分频后形成机器周期MC所以，1个机器周期包含有6个状态周期或12个振荡周期
3、。1个到4个机器周期确定一条指令的执行时间，这个时间就是指令周期。8031单片机指令系统中，各条指令的执行时间都在1个到4个机器周期之间。4种时序单位中，振荡周期和机器周期是单片机内计算其它时间值（例如，波特率、定时器的定时时间等）的基本时序单位。下面是单片机外接晶振频率12MHZ时的各种时序单位的大小：振荡周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us复位电路：当MCS-5I系列单片机的复位引脚RST（全称RESET出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位
4、。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。常用的上电复位电路如下图A中左图所示。图中电容C1和电阻R1对电源十5V来说构成微分电路。上电后，保持RST一段高电平时间，由于单片机内的等效电阻的作用，不用图中电阻R1,也能达到上电复位的操作功能，如下图（A）中右图所示。上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。常用的上电或开关复位电路如上图（B）所示。上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。根据实际操作的经
5、验，下面给岀这两种复位电路的电容、电阻参考值。上图(A)中：Cl=10-30uF，R1=1kO上图1.27(B)中：C:=1uF，Rl=IkO，R2=10kO单片机复位后的状态：单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC=0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值，见下表。值得指岀的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的韧始化部分是十分必要的。说明：表中符号*为随机状态;A=00H,表明累加器已被清零
6、；特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态A00HTMOD00HB00HTCON00HPSW00HTH000HSP07HTL000HDPL00HTH100HDPH00HTL100HP0P3FFHSBUF不定IP*00000BSCON00HIE0*00000BPCON0*BPSWOOH,表明选寄存器0组为工作寄存器组；SP=07H,表明堆栈指针指向片内RAM07H字节单元，根据堆栈操作的先加后压法则，第一个被压入的内容写入到08H单元中；Po-P3=FFH,表明已向各端口线写入1,此时，各端口既可用于输入又可用于输出；ip=xxx00000B表明各个中断源处于低优先级；IE=0XX00000
7、B表明各个中断均被关断；系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。51单片机在系统复位时，将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，（在特殊寄存器介绍时再做详细说明）至于内部RAM内部的数据则不变。影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分：1、外因射频干扰，它是以空间电磁场的形式传递在
8、机器内部的导体（引线或零件引脚）感生出相应的干扰，可通过电磁屏蔽和合理的布线/器件布局衰减该类干扰；电源线或电源内部产生的干扰，它是通过电源线或电源内的部件耦合或直接传导，可通过电源滤波、隔离等措施来衰减该类干扰。2、内因振荡源的稳定性，主要由起振时间频率稳定度和占空比稳定度决定起振时间可由电路参数整定稳定度受振荡器类型温度和电压等参数影响复位电路的可靠性。二、复位电路的可靠性设计1、基本复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图1所示的
9、RC复位电路可以实现上述基本功能，图3为其输入-输出特性。但解决不了电源毛刺(A点)和电源缓慢下降(电池电压不足)等问题而且调整RC常数改变延时会令驱动能力变差。左边的电路为高电平复位有效右边为低电平Sm为手动复位开关Ch可避免高频谐波对电路的干扰图1RC复位电路图2所示的复位电路增加了二极管，在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。图3所示复位电路输入输出特性图的下半部分是其特性，可与上半部比较增加放电回路的效果图2增加放电回路的RC复位电路使用比较电路，不但可以解决电源毛刺造成系统不稳定，而且电源缓慢下降也能可靠复位。图4是一个实例当VCCx(R1/(R1
10、+R2)=0.7V时，Q1截止使系统复位。Q1的放大作用也能改善电路的负载特性，但跳变门槛电压Vt受VCC影响是该电路的突出缺点，使用稳压二极管可使Vt基本不受VCC影响。见图5，当VCC低于Vt(Vz+0.7V)时电路令系统复位。图3RC复位电路输入-输出特性图4带电压监控功能的复位电路图5稳定门槛电压图6实用的复位监控电路在此基础上,增加延时电容和放电二极管构成性能优良的复位电路,如图6所示。调节C1可调整延时时间,调节R1可调整负载特性,如图7所示上半部分是图5电路的特性,下半部分对应图6。图7带电压监控功能的复位电路的输入-输出特性2、电源监控电路上述的带电压监控的复位电路又叫电源监控
11、电路监控电路必须具备如下功能：上电复位，保障上电时能正确地启动系统；掉电复位，当电源失效或电压降到某一电压值以下时，复位系统；市面上有类似的集成产品，如PHILIPS半导体公司生产的MAX809、MAX810。此类产品体积小、功耗低，而且可选门槛电压。可保障系统在不同的异常条件下可靠地复位，防止系统失控。图8中的Rm和Sm实现手动复位无需该功能时可把Reset端（或/Reset）端直接与单片机的RST端（或/RST端）相连最大限度地简化外围电路也可选择PHILIPS半导体公司带手动复位功能的产品MAX708。图8集成复位监控电路此外，MAX708还可以监视第二个电源信号，为处理器提供电压跌落的
12、预警功能，利用此功能，系统可在电源跌落时到复位前执行某些安全操作，保存参数，发送警报信号或切换后备电池等。图9电表的应用实例利用MAX708电表可在电源毛刺或停电前把当前电度数保存到E2PROM中再配合保存多个电度数备份算法，可有效解决令工程师头疼E2PROM中的电度数掉失问题使用该电路必须选择适当的预警电压点，以保证靠电源的储能供电情况下，VCC电压从预警电压跌到复位电压的维持时间（tB）必须足够长E2PR0M的写周期约为1020ms般取tB200ms就可确保数据稳定写入。预警电压调整方法当VDC等于预警电压时调整R1和R2使PFI的电压为1.25V此时可检测/PFO来确认内部的电压比较器是
13、否动作，调整时必须注意此比较器是窗口比较器。图10是该应用的程序流程图图9MAX708的典型应用图10.电表应用中E2PROM数据保护程序流程图多功能电源监控电路除上电复位和掉电复位外，很多监控电路集成了系统所需的功能，如：电源测控，供电电压出现异常时提供预警指示或中断请求信号，方便系统实现异常处理；数据保护，当电源或系统工作异常时，对数据进行必要的保护，如写保护、数据备份或切换后备电池；看门狗定时器，当系统程序“跑飞”或“死锁”时，复位系统；其它的功能，如温度测控、短路测试等等。我们把其称作多功能电源监控电路。下面介绍两款特别适合在工控、安防、金融行业中广泛应用多功能的监控电路:Cataly
14、st公司的CAT1161是一个集成了开门狗、电压监控和复位电路的16K位E2PROM（I2C接口）不但集成度高、功耗低（E2PROM部分静态时真正实现零功耗）而且清看门狗是通过改变SDA的电平实现的，节省系统I/O资源，其门槛电压可通过编程器修改，该修改范围覆盖绝大多数应用。当电源下降到门槛电压以下时硬件禁止访问E2PROM确保数据安全。使用时注意的是RST,/RST引脚是I/O脚，CAT1161检测到两引脚中任何一个电压异常都会产生复位信号，与RST/RST引脚相连的下拉电阻R2和上拉电阻R1必须同时连接，否则CAT1161将不断产生复位！同样不需要手动复位功能时可节省Rm和Sm两个元件。图
15、11.内置WDTRESET/RESETEPROM监控器件接口电路PHILIPS公司的SA56600-42被设计用在电源电压降低或断电时作保护微电脑系统中SRAM的数据。当电源电压下降到通常值4.2V时，输出CS变为逻辑低电平，把CE也拉低，从而禁止对SRAM的操作。同时，产生一个低电平有效的复位信号，供系统使用，如果电源电压继续下降，到达通常值3.3V或更低时，SA56600-42切换系统操作，从主电源供电切换到后备锂电池供电，当主电源恢复正常（电压上升至3.3V或更高时）将SRAM的供电电源将由后备锂电池切换回主电源，当主电源上升至大于典型值4.2V时输出CS变为逻辑高电平，使CE变为高电平，使能SRAM的操作，复位信号一直持续到系统恢复正常操作为止。在系统电源电压不足或突然断电的时候，这个器件能可靠地保护系统在SRAM内的数据。图12.内置SRAM数据保护电路的监控器件SA56600-42的典型应用3. ARM单片机的复位电路设计无论在移动电话高端手持仪器还是嵌入式系统，32位单片机ARM占据越来越多的份额，ARM已成为事实的高端产品工业标准。由于ARM高速、低功耗、低工作电压导致其噪声容限低这是对数字电路极限的挑战，对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定度、电源监
