单片机与DSP中的80C51上电复位和复位延时的时序分析

80C51单片机的上电复位POR（Power On Reset）实质上就是上电延时复位，也就是在上电延时期间把单片机锁定在复位状态上。为什么在每次单片机接通电源时，都需要加入一定的延迟时间呢？分析如下。 1  上电复位时序 　　在单片机及其应用电路每次上电的过程中，由于电源回路中通常存在一些容量大小不等的滤波电容，使得单片机芯片在其电源引脚VCC和VSS之间所感受到的电源电压值VDD，是从低到高逐渐上升的。该过程所持续的时间一般为1～100 ms（记作taddrise）。上电延时taddrise的定义是电源电压从10% VDD上升到90% VDD所需的时间，如图1所示。 图1  上电延 80C51单片机作为早期微控制器领域的经典之作，它的上电复位机制在嵌入式系统设计中具有举足轻重的地位。正确理解并实施其上电复位和复位延时的时序分析，是确保单片机稳定可靠运行的基础。本文将深入探讨80C51单片机上电复位过程中的关键时序概念及其意义，帮助设计人员在实际应用中更准确地实现单片机的初始化过程。 80C51单片机的上电复位POR（Power On Reset）机制，其核心在于上电延时复位，这一过程确保了单片机在电源电压从低到高逐渐稳定的过程中保持在复位状态。电源电压VDD的上升过程并非瞬间完成，而是需要一定的时间，这一时间被定义为taddrise，即上电延时。在80C51单片机的上电过程中，taddrise的时间范围一般在1～100毫秒之间，这个时间跨度取决于电源回路中滤波电容的大小及其它电路特性。电源电压的上升是单片机能够稳定运行的前提，如果在电压未稳定时即开始运行，可能会导致单片机内部逻辑混乱，从而引发不可预知的错误。 除了上电延时，另一个至关重要的概念是起振延时tosc，它描述的是单片机内部时钟振荡器从启动到产生稳定时钟信号所需的时间，通常介于1到50毫秒。时钟振荡器的稳定对于单片机来说至关重要，因为所有指令的执行都需要依赖时钟信号的节拍。如果时钟信号不稳定，单片机将无法正确执行程序，从而造成系统错误或者崩溃。 综合上电延时taddrise和起振延时tosc，我们可以得出理论上单片机的最小复位延时treset应至少等于这两者之和。但在实际应用中，由于需要保证系统的高可靠性，因此在最小复位延时的基础上还应添加一定的安全延时，以确保电压和时钟的绝对稳定。一般而言，在复位状态下，单片机还会额外等待至少2个机器周期，这样可以在进入正常运行状态前，确保单片机内部各组件得到充分的准备。 为了实现上述的复位延时，复位电路通常采用外部的RC网络来完成。复位电路中的电阻R和电容C共同决定了复位信号的持续时间，当电源电压开始上升，电容C会开始充电，直到其电压达到复位电路的阈值，RST引脚上的电压下降，从而结束复位状态。在某些情况下，单片机内部已包含下拉电阻Rrst，此时外接电阻R可省略，以简化电路设计。 此外，为了避免在断电后电容C残留的电荷影响复位信号，一个放电二极管D可以添加到电路中。这样，即使在电源断开的情况下，电容C上的电荷也能通过二极管迅速释放，确保RST引脚能够在断电后快速回到复位状态。这种改进型复位延时电路，如图3(c)所示，提供了一种更为稳健的上电复位解决方案。 总结来说，80C51单片机的上电复位和复位延时的时序分析，是确保单片机正常工作的关键所在。通过对上电延时taddrise、起振延时tosc以及复位延时treset的精确控制，单片机能够在上电时自动进入一个稳定、可预测的状态，从而为整个嵌入式系统提供可靠的运行基础。设计人员在实施单片机系统设计时，必须深刻理解这些时序概念，合理设计复位电路，并进行精确计算，以确保系统的稳定性和可靠性。