單片機的電源管理與狀態(tài)

第5講

單片機的時鐘、復(fù)位與電源管理5.1C8051F單片機時鐘系統(tǒng)5.2C8051F單片機復(fù)位系統(tǒng)5.3C8051F單片機電源管理一個內(nèi)部振蕩器電路；一個外部振蕩器電路；5.1.1時鐘系統(tǒng)概述當/RST引腳為低電平時，兩個振蕩器都被禁止。單片機復(fù)位后從內(nèi)部振蕩器啟動；包含：單片機可以使用內(nèi)部振蕩器或外部振蕩器時鐘信號運行；5.1C8051F單片機的時鐘系統(tǒng)5.1.2內(nèi)部振蕩器C8051F單片機內(nèi)部振蕩器包括一個可編程內(nèi)部時鐘發(fā)生器和一個控制寄存器:OSCICN通過控制寄存器:OSCICN，可以實現(xiàn)對內(nèi)部振蕩器工作狀態(tài)的控制。復(fù)位后，單片機將使用內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號作為單片機的系統(tǒng)時鐘，工作頻率為2MHz。5.1.3外部振蕩器C8051F單片機外部振蕩器包括一個可編程時鐘發(fā)生器和一個控制寄存器:OSCXCN；具有4種不同的配置：外部晶振、外部RC振蕩電路、外部電容振蕩電路和外部時鐘輸入。當外部晶體振蕩器穩(wěn)定運行時，晶體振蕩器有效標志（OSCXCN寄存器中的XTLVLD）被硬件置‘1’。XTLVLD檢測電路要求在使能振蕩器工作和檢測XTLVLD之間至少有1ms的啟動時間。（在外部振蕩器穩(wěn)定之前就切換到外部振蕩器可能導(dǎo)致不可預(yù)見的后果。）建議的過程為：1．使能外部振蕩器2．等待至少1ms3．查詢XTLVLD=>’1’4．將系統(tǒng)時鐘切換到外部振蕩器外部晶體振蕩器使用注意5.2C8051F單片機的復(fù)位系統(tǒng)5.2.1復(fù)位狀態(tài)

復(fù)位電路可以將控制器置于一個預(yù)定的狀態(tài)——復(fù)位狀態(tài)。在進入復(fù)位狀態(tài)時，將發(fā)生以下過程：CIP-51CPU停止程序執(zhí)行特殊功能寄存器（SFR）被初始化為所定義的復(fù)位值外部端口引腳被置于一個已知狀態(tài)中斷和定時器被禁止

端口I/O鎖存器的復(fù)位值為0xFF（全部為邏輯‘1’），外部I/O引腳處于高電平狀態(tài)。復(fù)位之后弱上拉被使能。程序計數(shù)器（PC）被復(fù)位，PC=0000H;CIP-51使用內(nèi)部振蕩器作為默認的系統(tǒng)時鐘,約為2MHz；看門狗定時器被使能，用系統(tǒng)時鐘的12分頻作為其時鐘源;程序從地址0x0000開始執(zhí)行。在退出復(fù)位狀態(tài)時：5.2.2系統(tǒng)復(fù)位源框圖5.2.3上電復(fù)位/掉電復(fù)位

上電復(fù)位：在上電期間，器件保持在復(fù)位狀態(tài)，/RST引腳被驅(qū)動到低電平，直到VDD上升到超過VRST電平。從復(fù)位開始到退出復(fù)位狀態(tài)要經(jīng)過一個延時。上電和VDD監(jiān)視器復(fù)位時序掉電復(fù)位：當發(fā)生掉電或因電源波動導(dǎo)致VDD降到VRST以下時，電源監(jiān)視器將/RST引腳驅(qū)動為低電平并使CIP-51保持復(fù)位狀態(tài)。當VDD又回到高于VRST的電平時，CIP-51將退出復(fù)位狀態(tài)。5.2.4外部復(fù)位

外部/RST引腳提供了使用外部電路強制MCU進入復(fù)位狀態(tài)的手段。在/RST引腳上加一個低電平有效信號將導(dǎo)致MCU進入復(fù)位狀態(tài)。盡管在內(nèi)部有弱上拉，但最好能提供一個外部上拉和/或?qū)?RST引腳去耦以防止強噪聲引起復(fù)位。從外部復(fù)位狀態(tài)退出后，PINRSF標志（RSTSRC.0）被置‘1’。5.2.5內(nèi)部復(fù)位

軟件強制復(fù)位：向SWRSEF位寫1將強制產(chǎn)生一個上電復(fù)位。時鐘丟失檢測器復(fù)位：時鐘丟失檢測器實際上是由MCU系統(tǒng)時鐘觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路。如果未收到系統(tǒng)時鐘的時間大于100微秒，單穩(wěn)態(tài)電路將超時并產(chǎn)生一個復(fù)位。比較器0復(fù)位：比較器0復(fù)位是低電平有效：如果同相端輸入電壓（CP0+引腳）小于反相端輸入電壓（CP0-引腳），則MCU被置于復(fù)位狀態(tài)。操作方法：向C0RSEF標志（RSTSRC.5）寫‘1’可以將比較器0配置為復(fù)位源。應(yīng)在寫C0RSEF之前用CPT0CN.7使能比較器0，以防止通電瞬間在輸出端產(chǎn)生抖動，從而產(chǎn)生不希望的復(fù)位看門狗定時器復(fù)位：MCU內(nèi)部有一個使用系統(tǒng)時鐘的可編程看門狗定時器（WDT）。當看門狗定時器溢出時，WDT將強制CPU進入復(fù)位狀態(tài)。5.3電源管理C8051F有兩種可軟件編程的電源管理方式：空閑和停機?？臻e方式（等待方式）CPU停止運行，而外設(shè)和時鐘處于活動狀態(tài)。工作電流：（10μA～5mA）

停機方式（掉電方式）CPU停止運行，所有的中斷和定時器（都處于非活動狀態(tài)，系統(tǒng)時鐘停止。工作電流：（0.2μA）5.3.1

空閑方式將空閑方式選擇位（PCON.0）置1導(dǎo)致單片機停止CPU運行并進入空閑方式。（1）進入空閑方式（IDLE）（2）空閑方式下單片機的狀態(tài)CPU停止運行；所有內(nèi)部寄存器和存儲器都保持原來的數(shù)據(jù)不變。所有模擬和數(shù)字外設(shè)在空閑方式期間都可以保持活動狀態(tài)。PCON電源控制寄存器（3）單片機空閑方式的結(jié)束有被允許的中斷發(fā)生將結(jié)束空閑方式。當有一個被允許的中斷發(fā)生時，空閑方式選擇位（PCON.0）被清0，CPU將繼續(xù)工作。該中斷將得到服務(wù)，中斷返回（RETI）后將開始執(zhí)行設(shè)置空閑方式選擇位的那條指令的下一條指令。/RST有效將結(jié)束空閑方式如果空閑方式因一個內(nèi)部或外部復(fù)位而結(jié)束，則單片機進行正常的復(fù)位過程并從地址0x0000開始執(zhí)行程序。WDT將產(chǎn)生一個內(nèi)部看門狗復(fù)位，從而結(jié)束空閑方式。5.3.2停機方式（1）進入停機方式（STOP）將停機方式選擇位（PCON.1）置1導(dǎo)致CIP-51進入停機方式，在執(zhí)行完對該位置1的指令后MCU立即進入停機方式。（2）停機方式下單片機的狀態(tài)CPU和振蕩器都被停止，實際上所有的數(shù)字外設(shè)都停止工作。（3）單片機停機方式的結(jié)束只有內(nèi)部或外部復(fù)位能結(jié)束停機方式。5.2.4I/O端口和交叉開關(guān)特點及配置C8051F020有按8位端口組織的64個數(shù)字I/O引腳。

低端口（P0、P1、P2和P3）既可以按位尋址也可以按字節(jié)尋址。

高端口（P4、P5、P6和P7）只能按字節(jié)尋址。所有引腳都耐5V電壓，都可以被配置為：

漏極開路或推挽輸出方式和弱上拉。(1)I/O端口結(jié)構(gòu)(2)I/O端口直流電氣特性C8051F020的數(shù)字資源需要通過4個低端I/O端口才能使用。每個引腳既可定義為通用的端口I/O（GPIO）引腳，又可以分配給一個數(shù)字外設(shè)或功能.(3)低端口功能結(jié)構(gòu)（4）優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器及交叉開關(guān)配置優(yōu)先權(quán)交叉開關(guān)譯碼器，為每個I/O功能分配優(yōu)先權(quán)，從優(yōu)先權(quán)最高的UART0開始。當一個數(shù)字資源被選擇時，尚未分配的端口引腳中的最低位被分配給該資源優(yōu)先權(quán)高------------------------------優(yōu)先權(quán)低由低位端口開始分配寄存器XBR0、XBR1和XBR2用于為數(shù)字I/O資源分配物理I/O引腳。XBR0：端口I/O交叉開關(guān)寄存器0

XBR1：端口I/O交叉開關(guān)寄存器1

XBR2：端口I/O交叉開關(guān)寄存器2

交叉開關(guān)寄存器被正確配置后，通過將XBARE（XBR2.6）設(shè)置為邏輯‘1’來使能交叉開關(guān)。(5)配置端口引腳的輸出方式每個端口引腳的輸出方式都可被配置為漏極開路或推挽方式，缺省狀態(tài)為漏極開路。端口0-3引腳的輸出方式由PnMDOUT寄存器中的對應(yīng)位決定。例如： P3MDOUT.7為邏輯‘1’時將P3.7配置為推挽方式； P3MDOUT.7為邏輯‘0’時將P3.7配置為漏極開路方式。P1MDOUT：端口0輸出方式寄存器通過設(shè)置輸出方式為“漏極開路”并向端口數(shù)據(jù)寄存器中的相應(yīng)位寫‘1’將端口引腳配置為數(shù)字輸入。例如：設(shè)置P3MDOUT.7為邏輯‘0’，并設(shè)置P3.7為邏輯‘1’即可將P3.7配置為數(shù)字輸入。(6)配置端口引腳的輸入方式(7)配置端口1的引腳為模擬輸入（AIN.[7:0]）端口1的引腳可以用作ADC1模擬多路開關(guān)的模擬輸入。通過向P1MDIN寄存器中的對應(yīng)位寫‘0’即可將端口引腳配置為模擬輸入。缺省情況下端口引腳為數(shù)字輸入方式。注意：

被配置為模擬輸入的