80C51單片機(jī)上電復(fù)位和復(fù)位延時(shí)的時(shí)序分析

80C51單片機(jī)的上電復(fù)位POR（Power On Reset）實(shí)質(zhì)上就是上電延時(shí)復(fù)位，也就是在上電延時(shí)期間把單片機(jī)鎖定在復(fù)位狀態(tài)上。為什么在每次單片機(jī)接通電源時(shí)，都需要加入一定的延遲時(shí)間呢？分析如下。

1 上電復(fù)位時(shí)序

　　在單片機(jī)及其應(yīng)用電路每次上電的過(guò)程中，由于電源回路中通常存在一些容量大小不等的濾波電容，使得單片機(jī)芯片在其電源引腳VCC和VSS之間所感受到的電源電壓值VDD，是從低到高逐漸上升的。該過(guò)程所持續(xù)的時(shí)間一般為1～100 ms（記作taddrise）。上電延時(shí)taddrise的定義是電源電壓從10% VDD上升到90% VDD所需的時(shí)間，如圖1所示。

圖1 上電延時(shí)taddrise和起振延時(shí)tosc實(shí)測(cè)結(jié)果

　　在單片機(jī)電源電壓上升到適合內(nèi)部振蕩電路運(yùn)行的范圍并且穩(wěn)定下來(lái)之后，時(shí)鐘振蕩器開(kāi)始了啟動(dòng)過(guò)程（具體包括偏置、起振、鎖定和穩(wěn)定幾個(gè)過(guò)程）。該過(guò)程所持續(xù)的時(shí)間一般為1～50 ms（記作tosc）。起振延時(shí)tosc的定義是時(shí)鐘振蕩器輸出信號(hào)的高電平達(dá)到Vih1所需的時(shí)間。從圖1所示的實(shí)際測(cè)量圖中也可以看得很清楚。這里的Vih1是單片機(jī)電氣特性中的一個(gè)普通參數(shù)，代表XTAL1和RST引腳上的輸入邏輯高電平。例如，對(duì)于常見(jiàn)的單片機(jī)型號(hào)AT89C51和AT89S51，廠家給出的Vih1值為0.7VDD～VDD+0.5 V。

　　從理論上講，單片機(jī)每次上電復(fù)位所需的最短延時(shí)應(yīng)該不小于treset。這里，treset等于上電延時(shí)taddrise與起振延時(shí)tosc之和，如圖1所示。從實(shí)際上講，延遲一個(gè)treset往往還不夠，不能夠保障單片機(jī)有一個(gè)良好的工作開(kāi)端。

　　在單片機(jī)每次初始加電時(shí)，首先投入工作的功能部件是復(fù)位電路。復(fù)位電路把單片機(jī)鎖定在復(fù)位狀態(tài)上并且維持一個(gè)延時(shí)（記作TRST），以便給予電源電壓從上升到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間；在電源電壓穩(wěn)定之后，再插入一個(gè)延時(shí)，給予時(shí)鐘振蕩器從起振到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間；在單片機(jī)開(kāi)始進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)之前，還要至少推遲2個(gè)機(jī)器周期的延時(shí)，如圖2所示。

圖2 復(fù)位信號(hào)釋放的時(shí)機(jī)

2 上電復(fù)位電路3款

　　上述一系列的延時(shí)，都是利用在單片機(jī)RST引腳上外接一個(gè)RC支路的充電時(shí)間而形成的。典型復(fù)位電路如圖3（a）所示，其中的阻容值是原始手冊(cè)中提供的。在經(jīng)歷了一系列延時(shí)之后，單片機(jī)才開(kāi)始按照時(shí)鐘源的工作頻率，進(jìn)入到正常的程序運(yùn)行狀態(tài)。從圖2所示的實(shí)測(cè)曲線中可以同時(shí)看到4條曲線： VDD、Vrst、XTAL2和ALE。在電源電壓以及振蕩器輸出信號(hào)穩(wěn)定之后，又等待了一段較長(zhǎng)的延時(shí)才釋放RST信號(hào)，使得CPU脫離復(fù)位鎖定狀態(tài)；而RST信號(hào)一旦被釋放，立刻在ALE引腳上就可檢測(cè)到持續(xù)的脈沖信號(hào)。

圖3 上電復(fù)位延時(shí)電路