单片机可以看成是在时钟驱动下的时序逻辑电路,单片机在工作过程中,所有工作都是在时钟信号控制下进行的,每执行一条指令,CPU的控制器都要发出一系列特定的控制信号。通过介绍MCS-51单片机的时钟电路,重点介绍和分析两种不同时钟信号的产生以及两种时钟电路结构。
1、内部时钟方式
电路来产生时钟驱动单片机,那单片机还能执行程序吗?
在引脚XTALI和XTAL2(以8051单片机为例,XTALI和XTAL2B1脚位置如单片机可以看成是在时钟驱动下的时序逻辑电路。以MCS-51单片机外接石英晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器,就构成了内部振例说明:MCS-51单片机为12个时钟周期执行一条指令。也就是说单片机运荡方式。
由于单片机内部有一个高增益反相放大器,当外接晶振后,就构行一一条指令,必须要用12个时钟周期。没有这个时钟,单片机就跑不起来成了自己振荡器并产生振荡时钟脉冲,其发出的脉冲直接送入内部的时钟了,也没有办法定时和进行和时间有关的操作。
XTALI(19脚)接外部石英晶振的一个引脚。在单片机内部,它是一个时钟电路是微型计算机的心脏,它控制着计算机的工作节奏。CPT就反相放大器的输入端,这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能的MCS-51的时钟信号可以由时,对HMOS单片机,此引脚应接地;对C1840S单片机,此引脚作为驱动两种方式产生:一种是内部方式,利用芯片内部的振荡电路,产生时钟信端。XTAL2(18脚)接外晶体的另一端。在单片机内部,接至上述振荡器号;另一种为外部方式,时钟信号由外部引入。就这两种方式在实际环境的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时,对HMOS单片机,该引脚接外中的应用,分别做以下介绍。
内部振荡器。
在介绍内部时钟方式和外部时钟方式之前,我们先来看看MCS-51系列之8051单片机的结构组成图,由图可感性的认识下时钟电路在单片机中的重要地位,如果没有时钟电路来产生时钟驱动单片机,单片机是无法工作的。
MCS-51单片机内部时钟方式电路,MCS-51单片机虽然有内部振荡电路,但是要形成时钟,必须要有外接元件,外接晶振CYS,以及外接电容Ci弄11c2构成并联谐振电路,接在放大器反馈回路中。晶振在电气上可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络,电工学上这个网络有两个谐振点,以频率的高低分其中较低的频率为串联谐振,较高的频率为并联谐振。
由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率范围内,晶振等效为一个电感,所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。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。
由此可以得知,c1和c2电容值的大小直接影响着振荡器频率的高低、振荡器的稳定性和温度稳定性。如果振荡器已起振,则在CTAL2日I脚上输出3v左右的正弦波,振荡频率取决于晶振的频率,晶振频率选择范围在1.2~12MHZ,典型值为6MHZ和12MHZ。(注:一般情况下,选用6MHZ的有源晶振,而在串行通信情况下选用12MHZ)电容c1和c2主要作用是帮助起振(谐振)称其为谐振电容,因其对振荡频率有着影响,所以常用调节c1和c2的电容值对频率进行微调。电容取值一般在5~30pf之间。当时钟频率为12MHZ时,电容的典型值为30PF。