单片机时钟电路及时序
时钟电路用于产生AT89S51单片机工作时所必需的时钟脉冲信号(工作频率)；AT89S51单片机的CPU正是在时钟脉冲信号的控制下，严格地按时序执行指令进行工作的。AT89S51单片机的最高时钟频率为33MHz。
时钟电路
AT89S51单片机常用的时钟电路有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。
1.内部时钟方式
时钟电路=振荡电路+分频电路
（1）振荡电路的组成：片内高增益反相放大器+片外反馈元件(石英晶振) 和电容
时钟引脚：
XTAL1:19：片内反向放大器的输入端
XTAL2:18：片内反向放大器的输出端
电容C1和C2为无极性电容，典型值通常选择为 15pF~30pF。晶振通常选择6MHz、12MHz（可得到准确的定时）或11.0592MHz(可得到准确的串行通信波特率)的石英晶体。
振荡频率主要取决于晶振的频率。
（2）分频电路
振荡电路产生的时钟脉冲信号并不能直接为单片机所用，而要进行分频，经分频后才能得到单片机所需各种相关的信号。
时钟脉冲信号经二分频后，作为系统的状态周期信号； 在二分频的基础上再进行三分频，产生ALE信号； 在二分频的基础上再进行六分频，得到机器周期信号。
下图很重要的：
2.外部时钟方式
外部时钟方式：是将现成的外部振荡器产生的时钟脉冲信号，直接提供给单片机使用。
对于COMS型的AT89S51等单片机，其外部时钟方式的电路如图所示：外部时钟源直接接到XTAL1端；XTAL2端悬空。
常用于由多片单片机组成的多机系统中。
因为从同一个外部振荡器引入时钟脉冲信号，可以保证各片单片机之间的同步。
CPU时序
单片机的CPU从程序存储器取出指令、分析指令和 执行指令的过程，均是在CPU控制器的定时控制逻辑电路产生的时序控制下进行的。
51系列单片机的时序有以下四种：
1. 时钟周期
振荡器产生的时钟脉冲信号频率的倒数， 是最小的时序单位。
若晶振的频率为f，则时钟周期T=1/f
2. 状态周期
时钟脉冲信号经二分频后,作为系统的状态周期信号
状态周期又称S周期：是时钟周期的两倍，分为两拍，分别称为P1和P2
3. 机器周期
时钟脉冲信号经二分频后,再进行六分频得到机器周期信号。
一个机器周期包括12个时钟周期或6个状态周期S1～S6（每个状态周期又分为两拍：P1和P2）
例：当时钟频率为12MHz时，机器周期为1uS
当时钟频率为 6MHz时，机器周期为2uS
机器周期是最基本的时序单位。 单片机的CPU每个机器周期完成一个基本操作。
4. 指令周期
指单片机的CPU执行一条指令所需的全部时间。在单片机中，常把CPU执行一条指令的过程分为：几个机器周期。它是以机器周期为单位的。
AT89S51单片机中指令按字节分：单字节、 双字节和三字节指令。CPU执行一条指令的时间也不同，比如：简单的单字节指令，取出指令立即执行，只需一个机器周期的时间；而有些复杂的指令，如转移、乘、除指令则需两个或四个机器周期。
单片机的复位与复位电路
单片机在启动运行时都需要复位，其目的是使中央处理器CPU和内部的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个初始状态开始工作。
AT89S51的复位操作
复位引脚RST(9脚)：当振荡器起振后，该引脚上出现2个机器周期以上的高电平，即可使单片机复位。只要RST保持高电平，单片机就一直处于复位状态；RST变为低电平，退出复位，CPU从 初始状态开始工作。因为PC初始化值为0000H，使单片机从ROM的0000H单元开始执行程序。
复位后，程序计数器PC和各特殊功能寄存器初始状态如表所示。 除(SP)=07H，P0～P3为FFH外，其它都为0。
AT89S51的复位电路
1.上电自动复位
为了可靠地复位，在上电时RESET引脚应保持2个机器周期以上的高电平。
RC为充电时间常数。RC越大,上电时RESET端保持高电平的时间越长。
振荡器频率为12MHz时，典型值为
(R一般取10KΩ)。
2.手动复位(人工复位)
在系统运行时，有时还需要在不关闭电源的情况下对单片机进行复位操作。此时，一般是通过一个人工按键复位。
当时钟频率选用6MHz时，电容C的参考取值为10µF/16V，两个电阻 R1和R2的参考阻值分别为220Ω和2kΩ。
AT89S51单片机的最小（应用）系统
最小(应用)系统：能维持单片机运行的最简单配置系统
AT89S51的最小(应用)系统组成：
1. 接电源：40脚接Vcc=+5V；20脚接地GND
2. 时钟电路：XATL1(19脚)、XATL2(18脚)并接晶振和2个15～30PF无极电容
3.程序存储器选择：采用内部程序存储器：EA(31脚)接Vcc
采用外部程序存储器：EA(31脚)接GND
4. 复位电路：RST(9脚)接RC电路 R=10KΩ;C=10µF/16V
按上述要求，就可画出AT89S51最小应用系统电路图
CMOS型单片机的节电工作方式
在便携式、手提式或野外作业的仪器设备上，低功耗和节电是非常有意义的。
采用CMOS工艺的单片机不仅运行时功耗低，而且还提供了两种节电工作方式：空闲和掉电工作方式，可以进一步降低功耗。
因此，在便携式、手提式或野外作业的仪器设备上通常使用CMOS型单片机。
其控制由电源控制寄存器PCON的编程来实现，PCON的格式及各位的定义如下：
SMOD:串行口波特率倍增控制位
GF1： 通用标志位。
GF0：通用标志位。
PD： 掉电方式控制位，当PD=1时，进入掉电方式。
IDL：空闲方式控制位，当IDL=1时，进入空闲方式。 同时为1时，则PD优先，进入掉电方式。
CMOS型单片机的空闲和掉电工作方式内部硬件电路
图中PD、IDL分别控制单片机进入空闲和掉电方式
CMOS型单片机的空闲工作方式
进入空闲工作方式：当使PCON.0(IDL)位置1
时钟信号：通往CPU的时钟信号被关断，CPU停止工作，进入空闲方式； 而通往中断、串行口和定时器等模块的时钟信号没被关断，使它们继续工作。
CPU的内部状态维持：即包括堆栈指针SP、程序计数器PC、程序状态字PSW、累加器ACC、P0～P3端口以及内部RAM和其它特殊功能寄存器SFR中的内容均保持进入空闲方式前的状态不变。
退出空闲方式：
（1）响应中断方式： 被允许的中断源请求中断被响应： 由内部的硬件电路将PCON.0(IDL) 清0，从而退出空闲方式。CPU 执行完中断服务程序返回时，将从设置进入空闲方式指令的下一条指令开始继续执行程序。
（2）硬件复位： RST端的复位信号直接将PCON.0(IDL)清0，从而退出空闲方式。
CMOS型单片机的掉电工作方式
进入掉电方式：使PCON.1(PD)位置1
振荡器停止工作：CPU和所有的功能部件都停止工作
内部RAM和特殊功能寄存器中的内容维持不变；所有I/O引脚均保持进入掉电工作方式之前的状态。
退出掉电方式：硬件复位： RST端的复位信号直接将PCON.1(PD)清0，从而退出掉电方式。
在掉电工作方式期间，VCC可以降到2V。 而在准备退出掉电方式之前，VCC必须恢复正常的工作电压值，并维持一段时间(约10ms)，方可退出掉电方式。
