单片机最小系统的介绍

昨天我们讲述了如何用单片机点亮一个LED灯，其实细心地朋友会发现，在昨天的电路图中其实有一部分会感到很陌生，我们来回顾一下，如下图。

电路图

左下角是不是有三个原件，这三个就是C1、C2、Y1，乍一看给人感觉好像没什么作用，实际上这三个不起眼的家伙却对单片机起着决定性作用，这就是今天要介绍的——51单片机最小系统。

那么什么是最小系统呢？最小系统就是使单片机工作的最低配置，有了最小系统可以外加许多模块，增强其功能，像上图加的一个LED就是对其功能的一个扩展。

在51单片机中最小系统包括复位电路、时钟系统、电源系统

复位电路

复位电路的作用就是让单片机从头开始运行，在C语言中体现在main函数开头的位置，起作用时让引脚9（RST引脚）出现两个机器周期以上的高电平。

时钟系统

时钟系统的作用是产生固定的频率信号，相当于人的心脏（可以想象其作用之大），它的原理就是形成一个振荡电路（振荡电路由电容C1、C2、晶振Y1(与上图X2为一种)组成），产生一个固定频率，使单片机能够工作，这就是开头所说起绝定性作用的原因。

电源电路比较简单，直接用5V电源把单片机的VCC接到电源正，GND接到电源负（这里不再展示原理图）。

在实际应用中，光有最小系统还不够，还会加一些指示灯，在P0口加上一个上拉电阻（约10K欧9脚排阻，由于P0口不能产生高电平，其他口则不用），如果我们需要把写好的程序下载到里面的话还需要一个下载器等等。

排阻

CH340下载器

最后来一张制作成功的图片

51最小系统

51的学起来还是比较简单的，ARM的最小系统就比51最小系统复杂好多倍，通常ARM最小系统是由SDRAM、Flash、调试接口、时钟、电源、复位等组成，每一部分也都比51要复杂，复杂度一增加相应的开发成本就会增加，在产品中如果对实时性要求不是特别高，考虑到成本原因，用51是比较好的选择，我也会坚持每天给大家介绍基于51的一些产品。

PS:基于昨天用单片机点亮一个LED那篇文章，有网友觉得点亮一个LED灯不过瘾，借鉴于此，明天为大家介绍一下使用LED比较多的爱心流水灯(30个灯)，光立方(512个灯)，为大家带来一个视觉盛宴。

全是干货！！单片机最小系统详解

单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.

对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路.

下面给出一个51单片机的最小系统电路图.

说明：

复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍.

晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作)

单片机:一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机

特别注意:对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行.这一点是初学者容易忽略的.

一、复位电路

单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。

单片机复位电路如下图：

复位电路的工作原理

在书本上有介绍，51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2US就可以实现，那这个过程是如何实现的呢?

在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。

开机的时候为什么为复位

在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍(单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V)，需要的时间是10K*10UF=0.1S。

也就是说在电脑启动的0.1S内，电容两端的电压时在0~3.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少(串联电路各处电压之和为总电压)。所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位(RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右)。

按键按下的时候为什么会复位

在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。

二、总 结

1、复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。

2、按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。

三、51单片机最小系统电路介绍

1.51单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。

2.51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。

3.51单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好4.P0口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值一般为10k。

设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数(1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12)。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。

设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2 ms。

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