80C51單片機上電復位和復位延時的時序分析

80C51單片機的上電復位POR（Power On Reset）實質上就是上電延時復位，也就是在上電延時期間把單片機鎖定在復位狀態上。為什么在每次單片機接通電源時，都需要加入一定的延遲時間呢？分析如下。

1 上電復位時序

　　在單片機及其應用電路每次上電的過程中，由于電源回路中通常存在一些容量大小不等的濾波電容，使得單片機芯片在其電源引腳VCC和VSS之間所感受到的電源電壓值VDD，是從低到高逐漸上升的。該過程所持續的時間一般為1～100 ms（記作taddrise）。上電延時taddrise的定義是電源電壓從10% VDD上升到90% VDD所需的時間，如圖1所示。

圖1 上電延時taddrise和起振延時tosc實測結果

　　在單片機電源電壓上升到適合內部振蕩電路運行的范圍并且穩定下來之后，時鐘振蕩器開始了啟動過程（具體包括偏置、起振、鎖定和穩定幾個過程）。該過程所持續的時間一般為1～50 ms（記作tosc）。起振延時tosc的定義是時鐘振蕩器輸出信號的高電平達到Vih1所需的時間。從圖1所示的實際測量圖中也可以看得很清楚。這里的Vih1是單片機電氣特性中的一個普通參數，代表XTAL1和RST引腳上的輸入邏輯高電平。例如，對于常見的單片機型號AT89C51和AT89S51，廠家給出的Vih1值為0.7VDD～VDD+0.5 V。

　　從理論上講，單片機每次上電復位所需的最短延時應該不小于treset。這里，treset等于上電延時taddrise與起振延時tosc之和，如圖1所示。從實際上講，延遲一個treset往往還不夠，不能夠保障單片機有一個良好的工作開端。

　　在單片機每次初始加電時，首先投入工作的功能部件是復位電路。復位電路把單片機鎖定在復位狀態上并且維持一個延時（記作TRST），以便給予電源電壓從上升到穩定的一個等待時間；在電源電壓穩定之后，再插入一個延時，給予時鐘振蕩器從起振到穩定的一個等待時間；在單片機開始進入運行狀態之前，還要至少推遲2個機器周期的延時，如圖2所示。

圖2 復位信號釋放的時機

2 上電復位電路3款

　　上述一系列的延時，都是利用在單片機RST引腳上外接一個RC支路的充電時間而形成的。典型復位電路如圖3（a）所示，其中的阻容值是原始手冊中提供的。在經歷了一系列延時之后，單片機才開始按照時鐘源的工作頻率，進入到正常的程序運行狀態。從圖2所示的實測曲線中可以同時看到4條曲線： VDD、Vrst、XTAL2和ALE。在電源電壓以及振蕩器輸出信號穩定之后，又等待了一段較長的延時才釋放RST信號，使得CPU脫離復位鎖定狀態；而RST信號一旦被釋放，立刻在ALE引腳上就可檢測到持續的脈沖信號。

圖3 上電復位延時電路