嵌入式編程之單片機的外圍功能電路

　　在《嵌入式編程之單片機的基本構成、工作原理》中，我們講解了單片機的基礎知識。本文讓我們來(lái)學(xué)習單片機必須具有的硬件電路（外圍功能電路）。這樣，下一次就可以將挑戰一個(gè)實(shí)際單片機的運行了！

　　“動(dòng)力”―電源電路

　　上期我們學(xué)習了單片機的基本構成和工作原理。想必大家對單片機的工作原理已經(jīng)有了大致的了解。這次我們將舉例說(shuō)明單片機工作所必須的硬件電路（外圍功能電路）。

　　我們將以瑞薩電子的新一代產(chǎn)品，通用型單片機“RL78族（RL78/G14）”為例進(jìn)行說(shuō)明。

　　與迄今為止所學(xué)的各種電路相同，單片機的工作也需要電源。因此，單片機的外部都連接有象電池等電源部分。

　　請看圖1，是“RL78族（RL78/G14）”的引腳配置，該產(chǎn)品有64個(gè)引腳。電源有2個(gè)引腳是13/14號 （VSS/EVSS0）和15/16號 （VDD/EVDD0），

　　13號引腳（VSS）和14號引腳 （EVSS0）連接GND

　　15號引腳VDD和16號引腳 （EVDD0）連接電源正極

　　參閱“RL78族（RL78/G14）”數據手冊（或硬件手冊），您會(huì )發(fā)現“電源電圧VDD = 1.6～5.5 V”。這是指當電源電壓處于1.6V到5.5V之間時(shí)，可以保證單片機的正常工作。這個(gè)電壓范圍稱(chēng)為工作電源電壓。在有些單片機數據手冊上把這個(gè)范圍稱(chēng)為推薦工作電壓范圍。

　　圖1：“RL78族（RL78/G14）”（64引腳）的引腳連接圖

　　圖2是 “RL78族（RL78/G14）”的電源引腳連接的一個(gè)例子。

　　與15號引腳連接的C1稱(chēng)為旁路電容?？梢苑乐挂蛩查g大電流引起的電源電壓下降，而導致的單片機的誤動(dòng)作。通常選擇0.01μF～0.1μF的陶瓷電容作為旁路電容。

　　“RL78/G14”的內部電路工作電圧是通過(guò)內部電壓調節器調節電源電壓得到的，內部電路的工作電壓是1.8或2.1V。為了保證內部電壓調節器的穩定性，在12號引腳上也連接了電容C2。

　　圖2：“RL78族（RL78/G14）”（64引腳）的電源電路連接實(shí)例

　　“總指揮”―振蕩電路

　　正如數字電路入門(mén)③中所講的那樣，時(shí)序電路是按時(shí)鐘信號（CK）的上升沿（信號從L→H的變化）或下降沿（信號從H→L的變化）同步工作的。單片機是由時(shí)序電路構成的，所以，要在外部連接一個(gè)振蕩電路提供時(shí)鐘信號。象這樣從單片機的外部輸入的時(shí)鐘信號稱(chēng)為“外部時(shí)鐘信號”。

　　圖3是單片機（RL78/G14）接連一個(gè)振蕩電路的例子。晶體振蕩器被連接在X1和X2之間。

　　從圖上可以看出一個(gè)外部時(shí)鐘信號可以驅動(dòng)單片機內部中的2個(gè)時(shí)鐘振蕩器。

　　主時(shí)鐘振蕩器主要用作CPU的工作時(shí)鐘

　　子時(shí)鐘振蕩器主要用作外圍電路和實(shí)時(shí)時(shí)鐘的工作時(shí)鐘

　　圖3：振蕩電路的作用

　　在內部外圍功能十分強大的“RL78族（RL78/G14）”上內部有頻率偏差僅為1％的高精度振蕩電路。因此，無(wú)需從外部提供時(shí)鐘信號。這種單片機上內部的時(shí)鐘產(chǎn)生電路稱(chēng)為“內部振蕩器”。因為不需要外部振蕩電路，減少了設計工序，降低了成本。

　　類(lèi)似這樣只要備有“內部振蕩器”，大家可能認為就可以“無(wú)需從外部提供時(shí)鐘信號”。但實(shí)際上在電子手表中，通常使用頻率幾乎不隨溫度而變化的、更加精確的晶體振蕩器。

　　「鬧鐘」―復位電路

　　剛剛接通電源的單片機內部處于不穩定的狀態(tài)，CPU無(wú)法正常運轉。因此，就需要進(jìn)行單片機狀態(tài)初始化，這就叫做復位。單片機帶有復位信號輸入引腳，可以將這個(gè)信號調至低電平狀態(tài)后讓單片機復位。也就是說(shuō)通過(guò)輸入復位信號來(lái)徹底叫醒單片機進(jìn)入工作狀態(tài)。

　　接下來(lái)講解一下復位的時(shí)序（圖4）。只有在向單片機提供穩定的時(shí)鐘信號和電源的狀態(tài)下才能實(shí)現復位，同時(shí)需將復位信號調至低電平。為了實(shí)現這種狀態(tài)，需要將相比電源上電稍遲一步上電的電路與復位輸入引腳相連接。這種電路在電源上電后通過(guò)電阻電流慢慢流向電容，電壓緩緩上升。因此，電源上電后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間可以形成解除復位的電 路。這種外部電路稱(chēng)為“上電復位電路”。

　　圖4：簡(jiǎn)易復位電路及其波形

　　如上圖4所示，上電復位電路左側的電路稱(chēng)為“手動(dòng)按鈕復位電路”。這是通過(guò)手動(dòng)按下按鈕后讓單片機進(jìn)入初始化狀態(tài)的電路。

　　普通單片機上復位信號必須在一定時(shí)間內保持低電平。具體時(shí)間記載在硬件手冊和數據手冊上。必須根據這個(gè)時(shí)間的長(cháng)短來(lái)確定電阻R和電容C。

　　而“RL78族（RL78/G14）”采用的是內部型上電復位電路。因此，只要提供超過(guò)工作電壓的電源，就可以叫醒單片機進(jìn)入工作狀態(tài)。真是太方便了！

　　CPU的復位操作

　　通過(guò)復位操作，可以使程序計數器PC回到初始值，PC中保存的是CPU將要執行的指令地址。程序計數器PC的初始值是應用程序的頭地址。單片機開(kāi)始運行應用程序的方式有“固定地址開(kāi)始方式”和“向量方式”。在設計單片機時(shí)，決定要使用的方式。

　　固定地址開(kāi)始方式是指從固定地址開(kāi)始執行指令的方式。不同的單片機具體的地址也有所區別。如果固定地址是0，那么，就從0地址開(kāi)始執行程序。

　　向量方式是指從ROM的固定地址中，讀取要執行指令的地址信息。這種ROM上的固定地址稱(chēng)為復位向量。操作過(guò)程是先取讀復位向量的地址，然后再將該地址存入程序計數器PC。這種看起來(lái)比較繁瑣，但是卻具有可以自由更改初始執行指令地址的優(yōu)點(diǎn)。