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。本文讓我們來學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(zhàn)一個實際單片機的運行了！

“動力”―電源電路

上期我們學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有了大致的了解。這次我們將舉例說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品，通用型單片機“RL78族（RL78/G14）”為例進行說明。

與迄今為止所學的各種電路相同，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，該產品有64個引腳。電源有2個引腳是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(shù)據(jù)手冊（或硬件手冊），您會發(fā)現(xiàn)“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，可以保證單片機的正常工作。這個電壓范圍稱為工作電源電壓。在有些單片機數(shù)據(jù)手冊上把這個范圍稱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例子。

與15號引腳連接的C1稱為旁路電容?？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內部電壓調節(jié)器調節(jié)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(jié)器的穩(wěn)定性，在12號引腳上也連接了電容C2。

圖2：“RL78族（RL78/G14）”（64引腳）的電源電路連接實例

“總指揮”―振蕩電路

正如數(shù)字電路入門③中所講的那樣，時序電路是按時鐘信號（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。單片機是由時序電路構成的，所以，要在外部連接一個振蕩電路提供時鐘信號。象這樣從單片機的外部輸入的時鐘信號稱為“外部時鐘信號”。

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

從圖上可以看出一個外部時鐘信號可以驅動單片機內部中的2個時鐘振蕩器。

主時鐘振蕩器主要用作CPU的工作時鐘

子時鐘振蕩器主要用作外圍電路和實時時鐘的工作時鐘

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，無需從外部提供時鐘信號。這種單片機上內部的時鐘產生電路稱為“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。

類似這樣只要備有“內部振蕩器”，大家可能認為就可以“無需從外部提供時鐘信號”。但實際上在電子手表中，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(wěn)定的狀態(tài)，CPU無法正常運轉。因此，就需要進行單片機狀態(tài)初始化，這就叫做復位。單片機帶有復位信號輸入引腳，可以將這個信號調至低電平狀態(tài)后讓單片機復位。也就是說通過輸入復位信號來徹底叫醒單片機進入工作狀態(tài)。

接下來講解一下復位的時序（圖4）。只有在向單片機提供穩(wěn)定的時鐘信號和電源的狀態(tài)下才能實現(xiàn)復位，同時需將復位信號調至低電平。為了實現(xiàn)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電阻電流慢慢流向電容，電壓緩緩上升。因此，電源上電后經過一段時間可以形成解除復位的電 路。這種外部電路稱為“上電復位電路”。

圖4：簡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為“手動按鈕復位電路”。這是通過手動按下按鈕后讓單片機進入初始化狀態(tài)的電路。

普通單片機上復位信號必須在一定時間內保持低電平。具體時間記載在硬件手冊和數(shù)據(jù)手冊上。必須根據(jù)這個時間的長短來確定電阻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，只要提供超過工作電壓的電源，就可以叫醒單片機進入工作狀態(tài)。真是太方便了！

CPU的復位操作

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

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

向量方式是指從ROM的固定地址中，讀取要執(zhí)行指令的地址信息。這種ROM上的固定地址稱為復位向量。操作過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(shù)器PC。這種看起來比較繁瑣，但是卻具有可以自由更改初始執(zhí)行指令地址的優(yōu)點。