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建设银行信用卡网站查询,上海域邦建设集团网站,做游戏网站,单页营销式网站模板下载时钟电路与时序微控制器的时钟为CPU和各个功能模块的协调工作提供同步信号和基本时序信号。时钟电路经典8051MCU必须通过外接晶振、电容#xff0c;与内部时钟电路构成时钟发生器来产生MCU工作需要的信号#xff0c;如下图所示。晶振频率范围一般为1.2MHz~12MHz#xff0c;常…时钟电路与时序微控制器的时钟为CPU和各个功能模块的协调工作提供同步信号和基本时序信号。时钟电路经典8051MCU必须通过外接晶振、电容与内部时钟电路构成时钟发生器来产生MCU工作需要的信号如下图所示。晶振频率范围一般为1.2MHz~12MHz常用12MHz或11.0592MHz。其中电容C1和C2具有起振和稳频作用一般取值为20~30pF且C1和C2必须相等。现代增强型8051单片机如STC15系列内置了RC振荡器这些芯片可以在不接外部晶振的情况下使用内部RC振荡器作为时钟源工作。内部RC振荡器的优点是启动快、功耗低、无需外部元件但频率精度较差±1%~5%且容易受温度和电压影响。而外部晶振的频率精度可达±0.01%~±0.1%稳定性更好所以在对定时精度有要求的场合也需要外接晶振。早期MCU选12MHz的石英晶体。随着频率选择与应用场合密切相关制造工艺发展及MCU 性能提高时钟频率也在逐步提高。低速晶振(1MHz)(典型值32.768kHz、125kHz、500kHz)应用场景为低功耗设备智能手环休眠模式、实时时钟RTC。中速晶振(1MHz~10MHz)(典型值4MHz、8MHz、12MHz)应用场景为8 位MCU( 8051)、简单控制器(家电定时器)、低速串口通信(9600bps )。高速晶振(10MHz~100MHz)(典型值24MHz、48MHz、72MHz、100MHz)应用场景为32 位 MCU STM32F1 系列72MHz、STM32F4 系列 168MHz、高速通信。超高速晶振(100MHz)(典型值120MHz、168MHz、200MHz)应用场景为高性能 MCU如 STM32H7 系列 480MHz、图像处理、高频 PWM 输出电 机矢量控制。 系统性能需求(运算速度、外设高速驱动)大的场合。时序与工作周期所谓时序就是CPU在执行指令和功能模块工作时各控制信号之间的时间顺序关系。微控制器的内部电路在时钟信号控制下严格按时序执行指令规定的一系列操作。8051 MCU中规定了几种工作周期即时钟周期振荡周期、状态周期、机器周期和指令周期。时钟周期T0时钟周期也称为振荡周期是外接晶振频率的倒数。它是微控制器中最基本、最小的时间单位在一个时钟周期内CPU仅完成一个最基本的动作。若晶振频率fosc为6MHz则时钟周期为1/fosc即1/6μs若晶振频率fosc为12MHz则时钟周期为1/fosc即1/12μs。由于系统时钟信号控制着MCU的工作节拍因此时钟频率越高MCU的工作速度越快。不同型号MCU有不同的时钟频率范围要根据芯片手册的参数进行设置不能随意提高。状态周期S在8051 MCU中1个时钟周期定义为1个节拍用P表示连续的两个节拍P1和P2定义为一个状态周期用S表示。机器周期TM机器周期是MCU执行一个基本的硬件操作所需要的时间如取指令、存储器读、存储器写等。8051 MCU的一个机器周期由6个状态周期S1S6即12个时钟周期组成用TM表示。8051单片机采用12个时钟周期构成一个机器周期是因为单个时钟周期无法完成一个完整的基本操作这里的基本操作是指取指令、存储器读、存储器写等操作这些基本操作的完成需要多个步骤以取指令这个基本操作为例由下图可以看出8051将“取指令”这个看似简单的操作精确地分解到12个时钟节拍中。8051采用固定时序架构一个机器周期固定为12个时钟周期这12个周期被精确划分为6个状态S1-S6每个状态又包含P1和P2两个节拍每个基本操作都固定为一个机器周期且一个机器周期内各个节拍要做什么也是固定的。8051采用非流水线结构指令执行是串行的其采用CISC复杂指令集架构指令长度不同1-3字节执行时间也不同。机器周期作为统一的时间基准确保所有指令的执行时间都是机器周期的整数倍简化了时序控制。而现代增强型8051单片机如STC15系列已采用精简指令集并取消了“机器周期”这一时序单位其采用流水线架构将指令执行分为多个阶段并行处理实现了单时钟周期执行一条指令大大提高了执行效率。指令周期指令周期是执行一条指令所需要的时间由若干个机器周期组成。指令不同所需的机器周期数也不同。8051 MCU的111条指令由3种指令周期的指令组成分别为单周期指令、双周期指令和四周期指令。其中四周期指令只有乘法和除法两条其余都是单周期和双周期指令。时钟周期、状态周期、机器周期之间的关系如下图所示复位与复位状态复位是使微型计算机或微控制器退出死机或无效状态进行初始化操作重新开始工作的一种方式。MCU在启动运行前要复位其作用是使CPU和内部功能模块都处于一个确定的初始状态并从这个状态开始工作。复位条件8051微控制器采用高电平复位。经典8051微控制器没有内置复位电路需要通过外部电路在复位引脚RST施加2个机器周期以上的高电平进行复位。现在大多MCU已具有内部上电/掉电复位电路以及软件复位、时钟检测复位、内部低压检测复位、看门狗复位等自动复位功能。复位状态8051 MCU复位主要表现为SFR回复到初始化状态。复位后MCU的初始状态如下①PC的值为0000H即程序指针指向ROM的0000H单元②堆栈指针SP的值为07H即堆栈区域为08H开始向上的内存单元③4个I/O端口的锁存器输出为FFH为准双向I/O端口的输入状态④其余所有SFR的有效位均为0。MCU工作方式微控制器的工作方式包括低功耗方式、程序执行方式和复位方式低功耗工作方式低功耗方式的控制8051微控制器有两种低功耗方式休闲IDidle方式和掉电PDpower down方式。通过电源控制寄存器PCON中的IDL位和PD位进行选择。PCON的字节地址为87H不可位寻址其定义如下PCON各位作用如下8051MCU休闲方式和掉电方式的时钟控制如下图所示休闲方式休闲方式的进入将PCON中的IDL置为1如执行“ORL PCON#1”MCU即进入休闲方式。休闲方式时由上图可见内部时钟发生器正常工作并向中断系统、串行口和定时器/计数器提供时钟信号。但关闭了CPU的时钟使CPU停止工作此时MCU功耗得到大大降低。休闲方式的退出复位或中断可退出休闲方式即在休闲期间复位或任何一个允许的中断被触发IDL都会被硬件清0从而使MCU退出休闲方式。退出休闲方式后内部RAM、SFR的内容不变。若要再次进入休闲状态则要重新设置PCON使IDL1。掉电方式掉电方式的进入将PCON中的PD位置为1如执行“ORL PCON#2”MCU即进入掉电方式。在掉电方式下由上图可见内部时钟发生器不工作由于没有时钟使得所有功能模块停止工作因此MCU功耗得到极大降低具有最好的省电效果。掉电方式的退出退出掉电方式的唯一方法是复位MCU。复位后所有特殊功能寄存器的内容重新初始化但内部RAM的数据不变。低功耗方式的功耗比较MCU正常运行方式、休闲方式ID方式、掉电方式PD方式在不同晶振频率下的功耗状况见下表程序执行方式程序执行方式即运行方式是微控制器的基本工作方式。复位后MCU即进入程序执行方式从ROM的0000H单元开始逐条取指令执行程序从而完成用户编写的程序功能。复位方式复位是微控制器的初始化操作复位时RST引脚为高电平时微控制器不工作复位后MCU中各SFR的内容恢复到初始值CPU重新开始运行程序进入程序执行方式。