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前一篇介绍了单片机最小系统的电源部分，这期将介绍构成单片机最小系统的另外两部分，就是时钟以及复位。

1.


时钟电路

单片机最小系统的第二个内容就是时钟。单片机的工作是面向任务的，即根据存储在单片机FLASH内部的二进制代码，逐步执行，那么这个执行的参考时间，就是时钟。有了时钟，单片机就知道何时做什么事情了。另外，有了时钟，单片机的内核才能与外设进行同步。举个通俗的例子，就好比两个人，约定每天上午10点打电话，这个就是时钟的同步了。作为用户而言，就是单片机需要工作，必须要有时钟，时钟就类似人的心跳一样，必须不停的跳动。

所有单片机的数据手册，都会有时钟相关的章节介绍，如图3.1所示的就是STC8A8K64S4A12芯片手册里的系统时钟结构图示。

图3.1STC8A8K64S4A12系统时钟图示

图示解析：

① 时钟源选择：从图中可以看出，可以有4种方式产生主时钟MCLK，分别是内部24MHz、外部晶振、外部时钟信号、内部32kHz；

② 时钟分频：MCLK经过分频，提供给MCU内核使用；

③ 时钟输出分频：MCLK经过分频对外输出时钟；

④ 时钟输出引脚选择：可以选择从P1.5或P1.6输出时钟，供外内部设备使用；

⑤ 系统时钟SYSclk：单片机内核所需要的时钟，它决定了单片机处理指令的速度，频率越高，处理速度越快，但是功耗就越高，这应该比较容易理解。以做俯卧撑为例子，A君1秒做10个俯卧撑，B君1秒做1个，那么相同的时间内，假设1分钟，A君可以做600个俯卧撑，而B均只能做60个，A君的频率比B君高，但是A君会消耗更大的热量。因此在选择时钟时，需要综合考虑运行速度和功耗，而不能只单方面追求速度。当然，如果功耗不再考虑范围，当然是频率越高越好，这样单片机处理能力会大幅提升，但频率是否可以无限制提升呢？目前并不是这样的，单片机的手册，都会对时钟的最高频率进行定义，例如STC8系列单片机的芯片手册，就有以下这一段的说明。

从说明可以看出，STC8A8K64S4A12的时钟，最高可以达33MHz。这里说一下分频的概念，就是输入时钟，除以一个分频系数，得到输出频率。例如输入频率是24MHz，分频系数为2，则输出频率为24/2=12MHz。在ARM系统里面还有倍频的概念，即输入时钟乘以一个分频系统，得到输出频率，这里有个概念即可。

既然有4种输入时钟，那么该如何进行选择呢？表3.1可供参考。

图3.1各输入时钟对比

接下来介绍，选择不同时钟时，电路如何设计。

① 内部RC电路：

如果选择内部的RC振荡电路，那么引脚可以直接悬空不接，或者作为普通I/O口使用。一般的单片机，上电复位后，默认都是使用内部IRC，一般可以通过下载软件切换，或通过程序控制切换。如图3.2所示就是STC单片机的一个寄存器的说明，从IRC24MCR寄存器中的说明看出，Bit7位”ENIRC24M”就是内部24MHz的使能位，而看IRC24MCR寄存器的复位后初始值，Bit7位为1，如图3.3所示，这样就验证了前面的说法，单片机上电后，默认使用内部IRC。所以如果使用内部RC时钟的话，引脚直接悬空或者做普通I/O口使用即可。关于寄存器的概念，现在暂时不细化，随着内容慢慢扩展，再详细介绍如何查看芯片的寄存器。

图3.2IRC24MCR寄存器图示

图3.3IRC24MCR寄存器复位初始值

② 外部晶振电路：

图3.4就是典型的外部晶振时钟输入电路。

图3.4典型外部晶振输入电路

图示中的Y是晶振，按材料分，可分为陶瓷晶振和石英晶振，按是否有电源，又分为有源晶振和无源晶振，一般常用无源的石英晶振即可，有源的成本一般会贵一些。C1，C2是负载电容，电容值，一般根据晶振的手册推荐选择，取值一般在15PF~30pF之间。

③ 外部时钟输入：

图3.5就是典型的外部时钟输入电路，只需要从XTALI引脚输入时钟即可，这个时钟既可以是正弦信号，也可以是脉冲信号。

图3.5典型外部时钟输入电路

以上就是单片机所需时钟的三种产生的方法，在实际应用过程中，应结合具体的需求、应用环境、成本等因素综合考虑采用哪一种方式。而具体怎么样配置时钟，不同的单片机，配置方法不同，暂时不细说，在后面单片机的编程里面会进行介绍。

2.


复位电路

单片机最小系统的第三个内容就是复位，什么是复位，也好理解，就是单片机结束当前的任务，重新重头开始执行程序。就好像我们平常生活中使用PC电脑一样，有时电脑死机了，我们都会知道按一下重启键，就可以重启电脑，其实这就是一个复位的过程。不同的单片机厂家，复位的方法有些许的区别，以下这四种复位时最基本的。

① 上电复位

单片机从没有电源供电，到有电源供电，单片机就会把内部的寄存器复位成初始值，读取所有的硬件选项，并根据写入到flash里面的代码开始执行程序。

② 低压复位

当输入的电源电压掉到一定的程度，也会引起复位，在STC8A系列的51单片机芯片手册里就有以下一段寄存器描述的内容，如图3.6所示。

图3.6RSTCFG复位配置寄存器

从芯片手册中的复位配置寄存器可以看到，需要在低压引起复位的条件，需要配置寄存器的bit6 ENLVR是能低压复位，同时电压值的门槛电压可以通过LVDS[1:0]进行配置，例如配置为2.2V，那么当VCC的电压值低于2.2V时，则会自动产生复位。而当电压继续降低，则直接进入掉电方式，单片机不再工作。这种模式，应用的场合并不多。

③ 复位脚复位

复位脚(RST脚)复位常用有两中方式，一种是图3.7左图所示的上电复位电路。上电时，VCC会先对电容C充电，所以RST引脚的电压接近VCC，即高电平，随时时间的增加，电容C逐渐充满电，由于电容隔直通交的特性，处于截止状态，而由于RST对GND下拉了电阻R，那么RST会强制拉到低电平。这里就存在一个上电复位的延时效果，延时的时间与电容值的大小即充电时间有关。这样设计的好处是，让输入电源即VCC处于稳定的状态后，才让单片机开始工作，否则可能在上电过程中，由于电源的不稳定，导致某些数据读取异常。这是通过硬件的方式实现延时开机。

图3.7典型上电复位电路

而图3.7右图所示，通过SW外部按键复位，SW空闲时断开，RST的电平变化与前述的上电复位相同。而在单片机工作时，希望能手动复位，可以按下SW，SW闭合会时RST强制拉到VCC(高电平)，从而实现的复位，值得注意的是，芯片手册里面都有RST要保持多久的高电平才能复位，即SW保持按下的时长。

④ 看门狗复位

看门狗复位也是经常使用的功能，目的是为了在程序运行异常时让系统复位，重头开始执行程序。这就是常说的程序跑飞了，即单片机没有按既定的程序执行代码。看门狗的原理其实也很简单，通俗的讲，它就是一个单片机内部独立运行的定时器，一旦允许看门狗后，这个内部的定时器会不停的计时，如果在规定的时间内，没有清0该定时器，俗称“喂狗”，则会认为程序已经跑飞，系统会自动复位。

以上就是关于单片机最小系统中的时钟及复位的相关说明，下一期将以单片机最小系统为开端，进入原理图的设计阶段，敬请继续关注。

往期回顾：第六期：单片机最小系统之电源篇

往期回顾：第五期：数字电路基础

往期回顾：第四期：创建PCB封装—AD篇

往期回顾：第三期：创建PCB封装—PADS篇

往期回顾：第二期：新建元件—AD篇

往期回顾：第一期：新建元件—PADS篇