第7章STC單片機時鐘、復位和電源模式原理及實現(xiàn)

1、第7章 STC單片機時鐘、復位和 電源模式原理及實現(xiàn)何賓2015.02如需原始PPT文件請點擊此處http:/ STC單片機時鐘n STC單片機復位n STC單片機電源模式本章主要內(nèi)容如需原始PPT文件請點擊此處http:/ STC單片機所提供的多個復位能力將極大地改善單片機的抗干擾能力，提高單片機在復雜工作環(huán)境下的自我糾錯能力。n STC單片機所提供的多種電源工作模式，在滿足系統(tǒng)性能要求的同時，也極大地降低了其系統(tǒng)功耗。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ reg51.hsfr CLK_DIV =0 x97; /聲明CLK_DIV寄存器的地址void main()CLK_DIV=0 xc

2、5; /給CLK_DIV寄存器賦值0 xc5while(1); /無限循環(huán) 如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 該例中，0 xc5=(1100,0101)B，通過查看CLK_DIV寄存器的內(nèi)容（見后表，各比特位的功能說明），最高兩位11對應于B7和B6，用于控制主時鐘對外分頻輸出控制位。p 該設置表示，主時鐘為對外輸出時鐘，但時鐘被4分頻，輸出時鐘頻率=SYSclk/4。CLK_DIV寄存器的B2B0=“101”，表示對單片機內(nèi)的主時鐘進行32分頻，該32分頻后的時鐘作為單片機的系統(tǒng)主時鐘SYSclk。n 輸出時鐘的頻率為： f輸出=f主時鐘/(324)如需原始PPT文件請點擊此處htt

3、p:/ 11 10 00 00 01 10 01 1MCKO_S1MCKO_S1MCKO_S0MCKO_S0含義含義0 00 0主時鐘不對外輸出時鐘主時鐘不對外輸出時鐘0 01 1輸出時鐘，輸出時鐘頻率輸出時鐘，輸出時鐘頻率=SYSclk=SYSclk的時鐘頻率的時鐘頻率1 10 0輸出時鐘，輸出時鐘頻率輸出時鐘，輸出時鐘頻率=SYSclk=SYSclk的時鐘頻率的時鐘頻率/2/21 11 1輸出時鐘，輸出時鐘頻率輸出時鐘，輸出時鐘頻率=SYSclk=SYSclk的時鐘頻率的時鐘頻率/4/4CLKS2CLKS2CLKS1CLKS1CLKS0CLKS0含義含義0 00 00 0主時鐘頻率主時鐘頻

4、率/1/10 00 01 1主時鐘頻率主時鐘頻率/2/20 01 10 0主時鐘頻率主時鐘頻率/4/40 01 11 1主時鐘頻率主時鐘頻率/8/81 10 00 0主時鐘頻率主時鐘頻率/16/161 10 01 1主時鐘頻率主時鐘頻率/32/321 11 10 0主時鐘頻率主時鐘頻率/64/641 11 11 1主時鐘頻率主時鐘頻率/128/128CLK_DIV(PCON2)寄存器中的比特位說明及功能寄存器中的比特位說明及功能如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 在硬件選項標簽中，在“輸入用戶程序運行時的IRC頻率”右側(cè)通過下拉框設置STC單片機內(nèi)部主時鐘頻率，也可以手動輸入任意頻率。如

5、需原始PPT文件請點擊此處http:/ 外部RST引腳復位、軟件復位、掉電復位/上電復位、內(nèi)部低壓檢測復位、MAX810專用復位電路復位、看門狗復位和程序地址非法復位。n 對于掉電/上電復位來說，可選擇增加額外的復位延遲18mS，也叫做MAX810復位電路.p 實質(zhì)就是在上電復位后增加180mS的額外復位延時。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 在STC15系列單片機中，復位引腳設置在P5.4引腳上（除STC15F100W系列單片機復位引腳在P3.4上）。n STC其余型號單片機(IAP15W4K58S4不可以)，可以在ISP燒錄程序時進行設置，將其設置為復位引腳。如需原始PPT文件請點

6、擊此處http:/ 如果將P5.4引腳設置為復位輸入引腳，在外部復位時，需要將RST復位引腳拉高并至少維持24個時鐘外加20S后，單片機就會穩(wěn)定進入復位狀態(tài)。p 當把RST復位引腳拉低后，結(jié)束復位狀態(tài)，并將特殊功能寄存器IAP_CONTR中的SWBS/IAP_CONTR.6位置1，同時從系統(tǒng)ISP監(jiān)控區(qū)啟動。注：外部RST引腳復位是熱啟動復位中的硬復位。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 在傳統(tǒng)單片機上并沒有提供此功能，用戶必須用軟件模擬實現(xiàn)。n 在STC推出的單片機中提供了軟件復位的功能。p 該功能通過設置IAP_CONTR寄存器中SWBS位（第6位）和SWRST位（第5位）實現(xiàn)。如需

7、原始PPT文件請點擊此處http:/ 軟件選擇復位后，選擇從用戶應用程序啟動，還是從系統(tǒng)ISP監(jiān)控程序區(qū)啟動。p 當該位為1時，選擇從系統(tǒng)ISP監(jiān)控區(qū)啟動；p 當該位為0時，選擇從用戶應用程序區(qū)啟動。SWRSTp 當該位為1時，軟件控制產(chǎn)生復位，單片機自動復位；p 當該位為0時，不產(chǎn)生任何操作。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ reg51.hsfr IAP_CONTR=0 xc7; /聲明IAP_CONTR寄存器地址為0 xc7void main() long unsigned int j; P46=0; /P4.6置低，燈亮 P47=0; /P4.7置低，燈亮 for(j=0;j99

8、9999;j+); /軟件延遲 P46=1; /P4.6置高，燈滅 P47=1; /P4.7置高，燈滅 for(j=0;j999999;j+); /軟件延遲 P46=0; /P4.6置低，燈亮 P47=0; /P4.7置低，燈亮 for(j=0;j999999;j+); /軟件延遲 IAP_CONTR=0 x60; /軟件復位指令如需原始PPT文件請點擊此處http:/ -掉電/上電復位當電源電壓VCC低于掉電復位/上電復位檢測門限電壓時，將單片機內(nèi)的所有電路復位。n 該復位屬于冷啟動復位的一種。p 當內(nèi)部VCC電壓高于掉電復位/上電復位檢測門限電壓后，延遲32768個時鐘后結(jié)束掉電/上電復位

9、過程。p 當該過程結(jié)束后，單片機將特殊功能寄存器IAP_CONTR中的SWBS/IAP_CONTR.6位置1，同時從系統(tǒng)ISP監(jiān)控區(qū)啟動程序。對于5V供電的單片機來說，它的掉電復位/上電復位檢測門限電壓為3.2V；對于3.3V供電的單片機來說，它的掉電復位/上電復位檢測門限電壓為1.8V。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 若在STC-ISP軟件中，允許MAX810專用復位電路。當選中“上電復位使用較長延時”時，允許使用STC單片機內(nèi)MAX810專用復位電路。否則，不使用該專用復位電路。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 當使能使用該專用復位電路時，在掉電復位/上電復位后產(chǎn)生約18

10、0mS復位延時，然后才結(jié)束復位過程。p 當該過程結(jié)束后，單片機將特殊功能寄存器IAP_CONTR中的SWBS/IAP_CONTR.6位置1，同時從系統(tǒng)ISP監(jiān)控區(qū)啟動程序。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 當電源電壓Vcc低于內(nèi)部低電壓檢測（LVD）門限電壓時，可產(chǎn)生復位信號。p 這需要在STC-ISP軟件中進行設置。在該界面中，選中“允許低壓復位（禁止低壓中斷）”，使能低壓檢測。否則，將使能低電壓檢測中斷。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 如果ELVD/IE.6（低壓檢測中斷允許位）設置為1，就將向8051單片機的CPU發(fā)出低電壓檢測中斷信號。p 當正常工作和空閑工作狀態(tài)時，

11、如果內(nèi)部工作電壓VCC低于低電壓檢測門限時，將中斷請求標志位LVDF/PCON.5自動置位為1，與低壓檢測中斷是否被允許無關(guān)。注：該位必須用軟件清0。在清零后，如果內(nèi)部工作電壓VCC繼續(xù)低于檢測門限電壓，則將該位再次自動設置為1。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 當進入掉電工作狀態(tài)前，如果低壓檢測電路未被允許產(chǎn)生中斷，則在進入掉電模式后，該低壓檢測電路不工作以降低功耗。如果允許可產(chǎn)生低壓檢測中斷，則在進入掉電模式后，該低壓檢測電路將繼續(xù)工作，在內(nèi)部工作電壓VCC低于低壓檢測門限電壓時，產(chǎn)生低壓檢測中斷，可以將MCU從掉電狀態(tài)喚醒。注：在低壓檢測復位結(jié)束后，不影響特殊功能寄存器IAP_C

12、ONTR中的SWBS/IAP_CONTR.6位的值，單片機根據(jù)復位前SWBS/IAP_CONTR.6的值選擇從用戶應用程序區(qū)啟動，還是從系統(tǒng)監(jiān)控區(qū)啟動。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 對于5V和3V供電的單片機都提供了內(nèi)置8級可選的內(nèi)部低電壓檢測門限電壓。對于寬電壓供電的STC單片機來說，內(nèi)置了16級可選的內(nèi)部低電壓檢測門限電壓值。用戶可以根據(jù)工作頻率和供電電壓，選擇合理的門限電壓。典型地：p 對于5V供電的單片機來說，常溫下工作頻率大于20MHz時，可以選擇4.32V作為復位門限電壓；常溫下工作頻率低于12MHz時，可以選擇3.82V電壓作為復位門檻電壓。p 對于3.3V供電的單片

13、機來說，常溫下工作頻率大于20MHz時，可以選擇2.82V作為復位門限電壓；常溫下工作頻率低于12MHz時，可以選擇2.42V電壓作為復位門檻電壓。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 該寄存器在特殊功能寄存器地址為0 x87H的位置。n 當上電復位后該寄存器的值為0011,0000。比特比特B7B7B6B6B5B5B4B4B3B3B2B2B1B1B0B0名字名字SMODSMODSMOD0SMOD0LVDFLVDFPOFPOFGF1GF1GF0GF0PDPDIDLIDL電源控制寄存器PCONn LVDFp 低電壓檢測標志位，同時也是低壓檢測中斷請求標志位。n POFp 上電復位標志位。當單

14、片機停電后，上電復位標志位為1，可由軟件清零。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ PDp 將其置位為1時，進入掉電（Power Down）模式，可以由外部中斷上升沿或者下降沿觸發(fā)喚醒。p 進入掉電模式時，內(nèi)部時鐘停止振蕩，由于時鐘不工作，因此CPU、定時器等功能部件停止工作，只有外部中斷繼續(xù)工作。p 在STC單片機中，可以將CPU從掉電模式進行喚醒的外部引腳有：INT0/P3.2、INT1/P3.3，INT2/P3.6、INT3/P3.7、INT4/P3.0、CCP0/CCP1/CCP2、RxD/RxD2/RxD3/RxD4、T0/T1/T2/T3/T4。p 掉電模式也稱為停機模式，此時

15、電流0.1A。注：有些單片機還有內(nèi)部低功耗掉電喚醒專用定時器。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ IDLp 將其置位為1，進入IDLE模式（空閑）。p 除系統(tǒng)不給CPU提供時鐘，即：CPU不執(zhí)行指令外，其余功能部件仍然繼續(xù)工作，可以由外部中斷、定時器中斷、低壓檢測中斷及ADC轉(zhuǎn)換中斷的任何一個中斷喚醒。n GF1和GF0p 兩個通用工作標志位，用戶可以任意使用。n SMOD0和SMOD1p 與電源控制無關(guān)，與串口有關(guān)，后面詳細介紹。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 所謂的看門狗機制是指，如果MCU/CPU不在規(guī)定的時間內(nèi)按規(guī)定訪問看門狗，則認為MCU/CPU處于異常工作狀態(tài)，看門

16、狗就會強迫MCU/CPU進行復位，使系統(tǒng)重新從頭開始按規(guī)律執(zhí)行用戶程序。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ STC15系列單片機引入了看門狗機制，使單片機的系統(tǒng)可靠性設計變得更加簡單。n 當 看 門 狗 復 位 狀 態(tài) 結(jié) 束 后 ， 不 影 響 特 殊 功 能 寄 存 器IAP_CONTR中SWBS/IAP_CONTR.6位的值。注：至于看門狗復位狀態(tài)結(jié)束后，從ISP監(jiān)控區(qū)啟動，還是從用戶應用程序區(qū)啟動，可以參考STC數(shù)據(jù)手冊以獲取相關(guān)信息。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 該寄存器在特殊功能寄存器地址為0 xC1的位置。n 當復位后，該寄存器的值為0 x00000。比特比特B

17、7B7B6B6B5B5B4B4B3B3B2B2B1B1B0B0名字名字WDT_FLGAWDT_FLGA-EN_WDTEN_WDTCLR_WDTCLR_WDTIDLE_WDTIDLE_WDTPS2PS2PS1PS1PS0PS0 看門狗控制寄存器WDT_CONTRn WDT_FLAGp 看門狗溢出標志位。當溢出時，該位由硬件置1。該位可由軟件清除。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ EN_WDTp 看門狗允許位。當設置為1時，啟動看門狗。n CLR_WDTp 看門狗清零。當設置為1時，看門狗將重新計數(shù)。硬件將自動清除該位。n _WDTp 看門狗IDLE模式位。當設置為1時，看門狗定時器在“空

18、閑模式”計數(shù)。當清零該位時，看門狗定時器在“空閑模式”時不計數(shù)。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ PS2PS0p 看門狗定時器預分頻值?？撮T狗溢出時間由下面公式確定： 溢出時間=(12預分頻值32768)/振蕩器頻率 在不同振蕩器頻率下的看門狗溢出時間，如表所示。PS2PS2PS1PS1PS0PS0預分頻值預分頻值看門狗溢出時間看門狗溢出時間看門狗溢出時間看門狗溢出時間看門狗溢出時間看門狗溢出時間0 00 00 02 239.3mS39.3mS65.5mS65.5mS71.1mS71.1mS0 00 01 14 478.6mS78.6mS131.0mS131.0mS142.2mS142

19、.2mS0 01 10 08 8157.3mS157.3mS262.1mS262.1mS284.4mS284.4mS0 01 11 11616314.6mS314.6mS524.2mS524.2mS568.8mS568.8mS1 10 00 03232629.1mS629.1mS1.0485S1.0485S1.1377mS1.1377mS1 10 01 164641.25S1.25S2.0971S2.0971S2.2755S2.2755S1 11 10 01281282.5S2.5S4.1943S4.1943S4.5511S4.5511S1 11 11 12562565S5S8.3886S8.

20、3886S9.1022S9.1022S看門狗定時器預分頻值如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 在STC-ISP軟件中，也提供了開啟看門狗定時器和設置分頻系數(shù)的功能。p 在該界面中，如果選中“上電復位時由硬件自動啟動看門狗”前面的復選框，將在上電時自動打開看門狗。通過該界面，可以在看門狗定時器分頻器系數(shù)右側(cè)的下拉框中為看門狗定時器選擇預分頻值。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ reg51.hsfr WDT_CONTR=0 xc1; /聲明看門狗定時器控制寄存器地址void main()long unsigned int j; /聲明無符號長整型數(shù)jchar c=0 x10; /聲明

21、8位變量c，其值為0 x10P46=0; /置P4.6為低，燈亮P47=0; /置P4.7低低，燈亮for(j=0;j99999;j+); /循環(huán)延遲P46=1; /置P4.6為高，燈滅P47=1; /置P4.7為高，燈滅while(1) /無條件循環(huán)WDT_CONTR|=c; /按位或運算，將該寄存器CLR_WDT位置0如需原始PPT文件請點擊此處http:/ -程序地址非法復位如果程序指針指向PC的地址空間超過了有效的程序地址空間的大小，就會引起程序地址非法復位。p 該復位方式是熱啟動復位中的軟件復位的一種方式。p 當程序地址非法復位狀態(tài)結(jié)束后，不影響特殊功能寄存器IAP_CONTR中SW

22、BS/IAP_CONTR.6位的值。單片機將根據(jù)該位值，確定從用戶應用程序區(qū)啟動，還是從系統(tǒng)ISP監(jiān)控區(qū)啟動。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 低速模式、空閑模式和掉電模式。n 典型地，對于STC15系列單片機來說，當：p 正常工作模式下，功耗為2.7mA7mA；p 掉電模式下，功耗為0.1A；p 空閑模式下，功耗為1.8mA。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 通過分頻從而降低工作時鐘頻率，降低功耗以及EMI注：空閑模式和掉電模式的進入由電源控制寄存器PCON相應的位控制。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 在空閑模式下，僅CPU無時鐘，但是外部中斷、內(nèi)部低壓檢測電路、定

23、時器、ADC轉(zhuǎn)換器等仍正常工作。n 通過寄存器和STC-ISP軟件，可以設置在空閑期間看門狗定時器是否繼續(xù)計數(shù)。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ STC單片機電源模式 在空閑模式下，數(shù)據(jù)RAM、堆棧指針SP、程序計數(shù)器PC、程序狀態(tài)字PSW、累加器A等寄存器都保持原有的數(shù)據(jù)。I/O口保持空閑模式被激活前的邏輯狀態(tài)。在空閑模式下，除了8051 CPU外，單片機的所有外設都能正常工作。當產(chǎn)生任何一個中斷時，它們均可以喚醒單片機。當喚醒單片機后，CPU繼續(xù)執(zhí)行進入空閑模式語句的下一條指令。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ reg51.hvoid wakeup() interrupt

24、0 /聲明外部中斷0的中斷服務程序void main() long int j;IT0=1; /只允許下降沿觸發(fā)EX0=1; /允許外部中斷0EA=1; /CPU允許響應中斷如需原始PPT文件請點擊此處http:/ /無限循環(huán) P46=0; /置P4.6為0，燈亮 P47=0; /置P4.7為0，燈亮 for(j=0;j222222;j+); /循環(huán)延遲 PCON|=0 x01; /設置PCON.IDL為1，進入空閑模式 P46=1; /置P4.6為1，燈滅 P47=1; /置P4.7為1，燈滅 for(j=0;j222222;j+); /循環(huán)延遲如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 進入

25、掉電模式后，單片機所使用的時鐘停止振蕩，包括：內(nèi)部系統(tǒng)時鐘、外部晶體振蕩器和外部時鐘），由于沒有時鐘振蕩，CPU、看門狗、定時器、串行口、ADC等模塊停止工作，外部中斷，包括：INT0/INT1/INT2/INT3/INT4，以及CCP繼續(xù)工作。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 如果允許低壓檢測電路產(chǎn)生中斷，則低壓檢測電路可以繼續(xù)工作；否則，將停止工作。n 進入掉電模式后，STC單片機的所有端口、特殊功能寄存器維持進入掉電模式前一時刻的狀態(tài)不變。如果在掉電前，打開掉電喚醒定時器，則進入掉電模式后，掉電喚醒專用定時器將開始工作。 如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 進入掉電模式后，

26、STC15W4K32S4系列單片機可將掉電模式喚醒的引腳資源有：p INT0/P3.2、INT1/P3.3（INT0/INT1上升沿和下降沿均可產(chǎn)生中斷）、INT2/P3.6、INT3/P3.7、INT4/P3.0（僅可以下降沿產(chǎn)生中斷）、引腳CCP0/CCP1/CCP2、引腳RxD/RxD2/RxD3/RxD4、引腳T0/T1/T2/T3/T4（下降沿即外部引腳T0/T1/T2/T3/T4由高到低的變化，前提是在進入掉電模式前已經(jīng)允許相應的定時器中斷）、低壓檢測中斷。注：前提是低壓檢測中斷被允許，且STC-ISP軟件中，不選擇“允許低壓復位/禁止低壓中斷”p 內(nèi)部低功耗掉電喚醒專用定時器。如

27、需原始PPT文件請點擊此處http:/ STC系列單片機的內(nèi)部低功耗掉電喚醒專用定時器由特殊功能寄存器地址為0 xAA的WKTCL寄存器，以及地址為0 xAB的WKTCH寄存器進行管理和控制。n 在上電復位后，WKTCL的值為11111111，WKTCH的值為0111111。n 內(nèi)部掉電喚醒定時器是一個15位的定時器，由WKTCH的6:0和WKTCL的7:0構(gòu)成最長15位的計數(shù)值（032767）。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ WKTCHWKTCH WKTEN注：注：, ,WKTENWKTEN為內(nèi)部停機喚醒定時器的使能控制位。當該位為為內(nèi)部停機喚醒定時器的使能控制位。當該位為1 1時

28、，允許內(nèi)部時，允許內(nèi)部停機喚醒定時器；否則，禁止內(nèi)部停機喚醒定時器。停機喚醒定時器；否則，禁止內(nèi)部停機喚醒定時器。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ WKTCL_CNT和WKTCL共用一個地址、WKTCH_CNT和WKTCH共用一個地址。WKTCL_CNT和WKTCH_CNT是隱藏的，讀者看不到。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ WKTCL_CNT和WKTCH_CNT用作計數(shù)器，而WKTCL和WKTCH用作比較器。p 寫計數(shù)器的值時，寫到WKTCL和WKTCH寄存器中，而不是WKTCL_CNT和WKTCH_CNT；p 當讀計數(shù)器的值時，從WKTCL_CNT和WKTCH_CNT寄存器讀取值，而不是WKTCL和WKTCH寄存器。如需原始PPT文件請點擊此處http:/ 當MCU進入掉電模式后，掉電喚醒專用定時器開始工作。p 內(nèi)部掉電喚醒專用定時器WKTCH_CNT，WKTCL_CNL就從7FFFH開始計數(shù)，直到與WKTC