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第十一章 复位、时钟和省电方式控制 本章学习目标 掌握单片机的时钟 掌握单片机的电源检测与控制

第十一章 复位、时钟和省电方式控制 本章学习目标 掌握单片机的时钟 掌握单片机的电源检测与控制. 正确复位和合适的时钟是单片机正常工作的基础，而单片机的省电方式控制可以降低系统的功耗，从而实现低功耗设计。 本章介绍 STC15F2K60S2 单片机的复位、时钟配置方法和单片机的供电电源检测和控制。. §11.1 复位. 复位就是单片机的初始化工作，复位后中央处理器（ CPU ）及单片机内的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 复位分为热启动复位和冷启动复位两种，它们的区别如表 11-1 所示。. 表 11-1 热启动复位和冷启动复位.

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第十一章 复位、时钟和省电方式控制 本章学习目标 掌握单片机的时钟 掌握单片机的电源检测与控制

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  1. 第十一章 复位、时钟和省电方式控制 本章学习目标 • 掌握单片机的时钟 • 掌握单片机的电源检测与控制

  2. 正确复位和合适的时钟是单片机正常工作的基础，而单片机的省电方式控制可以降低系统的功耗，从而实现低功耗设计。正确复位和合适的时钟是单片机正常工作的基础，而单片机的省电方式控制可以降低系统的功耗，从而实现低功耗设计。 • 本章介绍STC15F2K60S2单片机的复位、时钟配置方法和单片机的供电电源检测和控制。

  3. §11.1 复位 • 复位就是单片机的初始化工作，复位后中央处理器（CPU）及单片机内的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 • 复位分为热启动复位和冷启动复位两种，它们的区别如表11-1所示。

  4. 表11-1 热启动复位和冷启动复位

  5. STC15F2K60S2单片机有6种复位方式 • 外部RST引脚复位 • 软件复位 • 掉电复位/上电复位（并可选择增加额外的复位延时180ms，也叫MAX810专用复位电路，其实就是在上电复位后增加一个180ms复位延时） • 内部低电压检测复位 • MAX810专用复位电路复位 • 看门狗复位

  6. 1、外部RST引脚复位 • 外部RST引脚复位就是从外部向RST引脚施加一定宽度的复位脉冲，从而实现单片机的复位。 • P5.4/RST引脚出厂时被配置为I/O口，要将其配置为复位功能，可在使用ISP下载程序时设置。 • 如果P5.4/RST引脚已在ISP烧录程序时被设置为复位脚，那P5.4/RST就是芯片复位的输入脚。 • 将RST复位脚拉高并维持至少24个时钟加20us后，单片机会进入复位状态，将RST复位脚拉回低电平后，单片机结束复位状态并从用户程序区的0000H处开始正常工作。

  7. 2、软件复位 • 在系统运行过程中，有时会根据特殊需求，需要实现单片机系统软复位（热启动之一），传统的8051单片机由于硬件上未支持此功能，用户必须用软件模拟实现，实现起来较麻烦。 • STC15F2K60S2单片机利用ISP/IAP控制寄存器IAP_CONTR（地址为C7H，复位值为0000 x000B）实现了此功能。 • 用户只需简单的控制IAP_CONTR的其中两位SWBS/SWRST就可以系统复位了。

  8. ISP/IAP控制寄存器IAP_CONTR的各位定义如下： 1）SWBS • 软件选择从用户应用程序区启动（0） • 从 ISP程序区启动（1） • 要与SWRST配合才可以实现

  9. 2）SWRST：产生软件复位控制位。 • 0：不操作 • 1 ：产生软件系统复位，硬件自动清0 • 要与SWRST配合才可以实现

  10. 下面的描述中，用户应用程序区简称AP区，系统ISP监控程序区简称ISP区。下面的描述中，用户应用程序区简称AP区，系统ISP监控程序区简称ISP区。 例如，从AP区软件复位并切换到AP区开始执行程序的IAP_CONTR设置代码为： MOV IAP_CONTR,#00100000B ;SWBS=0,SWRST=1(选择AP区软复位) • 从ISP区软件复位并切换到AP区开始执行程序的IAP_CONTR设置代码为： MOV IAP_CONTR,#00100000B ;SWBS=0,SWRST=1(选择AP区软复位)

  11. 从AP区软件复位并切换到ISP区开始执行程序的IAP_CONTR设置代码为：从AP区软件复位并切换到ISP区开始执行程序的IAP_CONTR设置代码为： MOV IAP_CONTR,#01100000B ;SWBS=1,SWRST=1(选择ISP区软复位) • 从ISP区软件复位并切换到ISP区开始执行程序的IAP_CONTR设置代码为： MOV IAP_CONTR,#01100000B ;SWBS=1,SWRST=1(选择ISP区软复位)

  12. 3）CMD_FAIL • 如果送了ISP/IAP命令，并对IAP_TRIG送5AH/A5H触发失败，则为1，需要由软件清0。

  13. 3、掉电复位/上电复位 • 当电源电压VCC低于掉电复位/上电复位检测门槛电压时，所有的逻辑电路都会复位。 • 当内部VCC上升至上电复位检测门槛电压以上后，延迟32768个时钟，掉电复位/上电复位结束。

  14. 4、MAX810专用复位电路复位 • STC15F2K60S2单片机内部集成了MAX810专用复位电路。 • 若MAX810专用复位电路在STC-ISP编程器中被允许，则以后掉电复位/上电复位后将再产生约180ms复位延时，复位才能被解除。

  15. 5、内部低压检测复位 • 除了上电复位检测门槛电压外，STC15F2K60S2单片机还有一组更可靠的内部低电压检测门槛电压。 • 当电源电压VCC低于内部低电压检测（LVD）门槛电压时，可产生复位（前提是在STC-ISP编程用户程序时，允许低电压检测复位，即将低电压检测门槛电压设置为复位门槛电压）。

  16. STC15F2K60S2单片机内置了8级可选的内部低电压检测门槛电压。STC15F2K60S2单片机内置了8级可选的内部低电压检测门槛电压。 表11-2 不同温度下单片机的低电压检测门槛电压（单位：V）

  17. 例如，当用户使用5V单片机时，可以根据单片机的实际工频率，在STC-ISP编程中选择表11-2中所列出的低电压检测门槛电压作为复位门槛电压。例如，当用户使用5V单片机时，可以根据单片机的实际工频率，在STC-ISP编程中选择表11-2中所列出的低电压检测门槛电压作为复位门槛电压。 • 如：常温下工作频率是20MHz以上时，可以选择4.32V电压作为复位门槛电压；常温下工作频率是12MHz以下时，可以选择3.82V电压作为复位门槛电压。

  18. 复位门槛电压的选择如图11-1所示。 选择复位门槛电压 图11-1 复位门槛电压的选择

  19. 如果在STC-ISP下载用户应用程序时，不将低电压检测设置为低电压检测复位，则在用户程序中用户可将低电压检测设置为低电压检测中断。当电源电压VCC低于内部低电压检测（LVD）门槛电压时，低电压检测中断请求标志位（LVDF/PCON.5）就会被硬件置位。如果ELVD/IE.6（低电压检测中断允许位）设置为1，低电压检测中断请求标志位就能产生一个低电压检测中断。如果在STC-ISP下载用户应用程序时，不将低电压检测设置为低电压检测复位，则在用户程序中用户可将低电压检测设置为低电压检测中断。当电源电压VCC低于内部低电压检测（LVD）门槛电压时，低电压检测中断请求标志位（LVDF/PCON.5）就会被硬件置位。如果ELVD/IE.6（低电压检测中断允许位）设置为1，低电压检测中断请求标志位就能产生一个低电压检测中断。 • 建议在电压偏低时，不要操作EEPROM/IAP，编程时直接选择“低压禁止IAP操作”。

  20. 6、看门狗复位 （1）看门狗定时器复位 • 在工业控制、汽车电子、航空航天等需要高可靠性的系统中，为了防止系统在异常情况下受到干扰，CPU程序跑飞，导致系统长时间异常工作，往往需要在系统中使用看门狗（Watch Dog）电路。

  21. 看门狗电路的基本作用就是监视CPU的工作。如果CPU在规定的时间内没有按要求访问看门狗，就认为CPU处于异常状态，看门狗就会强迫CPU复位，使系统重新从头开始按规律执行用户程序。看门狗电路的基本作用就是监视CPU的工作。如果CPU在规定的时间内没有按要求访问看门狗，就认为CPU处于异常状态，看门狗就会强迫CPU复位，使系统重新从头开始按规律执行用户程序。 • 正常工作时，单片机可以通过一个I/O引脚定时向看门狗脉冲输入端输入脉冲（脉冲宽度只要不超出看门狗电路的溢出时间即可）。当系统死机时，单片机就会停止向看门狗脉冲输入端输入脉冲，超过一定时间后，看门狗电路就会发出复位信号，将系统复位，使系统恢复正常工作。

  22. STC15F2K60S2单片机内部集成了看门狗定时器（Watch Dog Timer，WDT），使单片机系统可靠性设计变得更加方便、简洁。 • 通过设置和使用WDT控制寄存器WDT_CONTR（地址为C1H，复位值为xx00 0000B）来使用看门狗功能。

  23. 1）WDT_FLAG：看门狗溢出标志位，溢出时 • 该位由硬件置1 • 可用软件将其清0

  24. 2）EN_WDT：看门狗允许位该位 • 当设置为“1”时，看门狗启动。 3）CLR_WDT：看门狗清零位 • 当设为“1”时，看门狗将重新计数。 • 硬件将自动清0此位。

  25. 4）IDLE_WDT：看门狗“IDLE”模式（即空闲模式）位4）IDLE_WDT：看门狗“IDLE”模式（即空闲模式）位 • 当设置为“1”时，WDT在“空闲模式”计数； • 当清0该位时，WDT在“空闲模式”时不计数。 5）PS2、PS1、PS0：WDT预分频系数控制位。

  26. WDT溢出时间的计算方法： WDT的溢出时间 =（12 × 预分频系数 × 32768 ) / 时钟频率 • 例如，时钟为12MHz时 WDT的溢出时间 =（12 × 预分频系数 × 32768) / 12000000 = 预分频系数 × 393216 / 12000000

  27. 常见的预分频系数设置和WDT溢出时间如表11-3所示。常见的预分频系数设置和WDT溢出时间如表11-3所示。 表11-3 WDT的预分频和溢出时间 图10-6 LED动态显示接口电路

  28. 使用ISP编程用户程序时，可以对看门狗进行设置，如图11-2所示。使用ISP编程用户程序时，可以对看门狗进行设置，如图11-2所示。 看门狗功能设置区 图11-2 看门狗设置

  29. 当启用WDT后，用户程序必须周期性的复位WDT，以证明程序正常运行。当启用WDT后，用户程序必须周期性的复位WDT，以证明程序正常运行。 • 如果用户程序在一段时间之后不能复位WDT，WDT就会溢出，将强制CPU自动复位，从而确保程序不会进入死循环，或者执行到无程序代码区。 • 复位WDT的方法是重写WDT控制寄存器的内容。

  30. （2）看门狗定时器的使用 • WDT的使用主要涉及WDT控制寄存器的设置以及WDT的定期复位。 • 使用WDT的汇编语言程序如下：

  31. $INCLUDE (STC15.INC) ;包含STC15F2K60S2单片机寄存器定义文件 ORG 0000H LJMP Initial … ;其他入口定义 ORG 0060H Initial: MOV WDT_CONTR,#00111100B ;WDT控制寄存器初始化 ;EN_WDT=1,CLR_WDT=1,IDLE_WDT=1,PS2=1,PS1=0,PS0=0 … ;其他初始化代码 Main_Loop: LCALL Display ;调用显示子程序 LCALL Keyboard ;调用键盘扫描子程序 … ;其他程序代码 MOV WDT_CONTR,#00111100B ;复位WDT … ;其他代码 LJMP Main_Loop

  32. 使用WDT的C语言程序如下： #include “stc15.h” void main(void) { … //其他初始化代码 WDT_CONTR=0x3c; //EN_WDT=1,CLR_WDT=1,IDLE_WDT= 1,PS2=1,PS1=0,PS0=0 while(1) { display(); keyboard(); … //其他代码 WDT_CONTR=0x3c; //复位WDT } }

  33. §11.2 单片机的时钟 一、时钟源选择 • STC15F2K60S2单片机除了可以使用传统的外部时钟外，还可以选择内部R/C振荡器时钟源（内部时钟）。 • 出厂标准配置是使用芯片内部的R/C振荡器。振荡频率可选，-40℃~85℃时的温飘±1%，常温下温飘可达5‰。如果使用内部时钟，则可以省掉外部晶振。

  34. 在下载用户程序时，可以在硬件选项中选中调节频率，然后在“选择/输入频率”下拉框中选择内部R/C振荡时钟频率，如图11-3所示。在下载用户程序时，可以在硬件选项中选中调节频率，然后在“选择/输入频率”下拉框中选择内部R/C振荡时钟频率，如图11-3所示。 选择内部R/C振荡时钟频率 图11-3 选择时钟源

  35. 二、内部时钟分频和分频寄存器 • 如果希望降低系统功耗，可对内部时钟进行分频。利用时钟分频控制寄存器CLK_DIV(PCON2) 可进行主时钟分频，从而降低单片机工作时钟频率，降低功耗，降低EMI。

  36. 时钟分频寄存器CLK_DIV (也称为PCON2，地址为97H，复位值为0000 x000B)各位的定义如下：

  37. 其中CLKS2、CLKS1和CLKS0用于设置分频系数，如表11-4所示。其中CLKS2、CLKS1和CLKS0用于设置分频系数，如表11-4所示。 表11-4 分频系数选择

  38. STC15F2K60S2单片机的时钟结构如图11-4所示。 图11-4 STC15F2K60S2单片机的时钟结构

  39. §11.3 单片机的电源检测与控制 一、单片机的低电压检测 1、低电压检测相关的寄存器 • 电源控制寄存器PCON的LVDF（PCON.5）位是低电压检测标志位，同时也是低电压检测中断请求标志位。 • 在正常工作和空闲工作状态时，如果内部工作电压Vcc低于低电压检测门槛电压，该位自动置1，与低电压检测中断是否被允许无关。即在内部工作电压Vcc低于低电压检测门槛电压时，不管有没有允许低电压检测中断，该位都自动为1。该位要用软件清0，清0后，如果内部工作电压Vcc继续低于低电压检测门槛电压，该位又被自动设置为1。

  40. 在进入掉电工作状态前，如果低电压检测电路未被允许可产生中断，则在进入掉电模式后，该低电压检测电路不工作以降低功耗。如果被允许可产生低电压检测中断，则在进入掉电模式后，该低电压检测电路继续工作，在内部工作电压Vcc低于低电压检测门槛电压后，产生低电压检测中断，可将MCU从掉电状态唤醒。在进入掉电工作状态前，如果低电压检测电路未被允许可产生中断，则在进入掉电模式后，该低电压检测电路不工作以降低功耗。如果被允许可产生低电压检测中断，则在进入掉电模式后，该低电压检测电路继续工作，在内部工作电压Vcc低于低电压检测门槛电压后，产生低电压检测中断，可将MCU从掉电状态唤醒。

  41. 中断控制允许位是EA和ELVD，ELVD是低电压检测中断允许位。中断控制允许位是EA和ELVD，ELVD是低电压检测中断允许位。 • ELVD = 0时，禁止低电压检测中断； • ELVD = 1时，允许低电压检测中断。 • 中断优先级控制位是PLVD，具有两级中断优先级。 • 中断请求标志位是LVDF，要由软件清0。 • 如果要求在掉电模式下外部低压检测中断继续工作，可将CPU从掉电模式唤醒，则应将外部中断使能和时钟输出寄存器INT_CLKO的LVD_WAKE （INT_CLKO.3）位设置为1。

  42. 2、低电压检测的应用 • 下面以一个具体实例，说明外部低电压检测功能的应用。 【例11-1】编程实现外部低电压检测功能的应用。 解：CPU可以用查询方式查询LVDF标志位，推荐使用中断方式。在中断服务程序中，将LVDF 位清0，再读LVDF位。如果为0，则认为是电源抖动，如果为1，则认为电源掉电，立即进行保存现场数据的工作。保存现场完成后，再将LVDF位清0，再读LVDF位的值。如果为0，则认为电源系统恢复正常，此时CPU可恢复正常工作，如果为1，继续将LVDF位清0，再读LVDF的值，用此方法，等到电源恢复正常，或电源彻底掉电，CPU进入复位状态。

  43. 下面用查询方式演示外部低电压检测功能的应用（各个口线对应的发光二极管在该口线为低电平时亮）。中断方式的使用方法，请读者自行设计。下面用查询方式演示外部低电压检测功能的应用（各个口线对应的发光二极管在该口线为低电平时亮）。中断方式的使用方法，请读者自行设计。 $INCLUDE (STC15.INC) ;包含STC15F2K60S2单片机寄存器定义文件 RUN_LED EQU P1.0 ;程序工作指示灯 ERROR_LED EQU P1.1 ;出错指示灯 Hi_Volt_LED EQU P1.2 ;正常电压指示灯 POWER_ON_LED EQU P1.3 ;电源上电指示灯 LOW_Volt_LED EQU P1.4 ;低电压指示灯

  44. ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN: MOV SP, #70H ;堆栈指针指向 70H 单元 SETB RUN_LED ;演示程序开始工作 LCALL Delay ;延时 CLR RUN_LED ;演示程序开始工作 LCALL Delay ;延时 SETB RUN_LED MAIN1: MOV A,PCON JBC ACC.5,POWER_ON_1 CLR ERROR_LED SETB POWER_ON_LED SETB Hi_Volt_LED SETB LOW_Volt_LED ERROR: LJMP ERROR

  45. POWER_ON_1: SETB ERROR_LED CLR POWER_ON_LED SETB Hi_Volt_LED SETB LOW_Volt_LED LCALL Delay ;延时 Continue_Read: MOV A,#11011111B ANL PCON, A NOP MOV A,PCON JBC ACC.5,Low_Voltage High_Voltage: SETB ERROR_LED SETB POWER_ON_LED CLR Hi_Volt_LED SETB LOW_Volt_LED LJMP Continue_Read

  46. Low_Voltage: SETB ERROR_LED SETB POWER_ON_LED SETB Hi_Volt_LED CLR LOW_Volt_LED LJMP Continue_Read Delay: CLR A MOV R0, A MOV R1, A MOV R2, #30H Delay_Loop: DJNZ R0, Delay_Loop DJNZ R1, Delay_Loop DJNZ R2, Delay_Loop RET END

  47. 二、省电方式 • STC15F2K60S2单片机可以运行3种省电模式以降低功耗 • 低速模式 • 空闲模式 • 掉电模式 正常工作模式下，STC15F2K60S2单片机的典型 功耗是2.7mA~7mA，而掉电模式下的典型功耗 <0.1uA，空闲模式下的典型功耗是1.8mA。

  48. 1、省电方式的控制 • 低速模式由时钟分频器CLK_DIV（PCON2）控制，而空闲模式和掉电模式的进入由电源控制寄存器PCON的相应位控制。

  49. PCON（地址为87H，复位值为30H）寄存器的各位定义如下：PCON（地址为87H，复位值为30H）寄存器的各位定义如下：

  50. 1）LVDF：低电压检测标志位，同时也是低电压检测中断请求标志位。1）LVDF：低电压检测标志位，同时也是低电压检测中断请求标志位。 2）POF：上电复位标志位，单片机停电后，上电复位标志位为1，可由软件清0。

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