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。

单片机这么简单？一分钟看懂单片机最小系统电路原理图：STM8S

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本文以ST公司的STM8S003单片机为例，给大家讲解一个单片机最小系统的电路原理图：通过单片机采集一个按键信号，点亮一颗LED灯。

如果你看懂了这张原理图，单片机硬件就入门了——真的到进门了！

一、系统框架

电源从电源插座P1进入电路板，经过LM7805稳压成VCC（=5V）给单片机供电，单片机采集按键S1的信号，点亮LED灯D2，编译好的程序经过程序下载口JP1下载到单片机里。

二、电路细节

电源插座P1可以采用12V电源，二极管D1的作用是为了防止电源不小心反接而损坏电路器件。

LM7805前面的两个电容C1和C2和后面的两个电容C3和C4是为电压滤波的，进一步稳定VCC的电压，让VCC的纹波不要太大，因为纹波大了会影响单片机的工作。

电容C5和C6是依据STM8S003的数据手册要求必须用的两颗电容，遵照执行即可，暂时不用深究，后续我的文章中会谈到。

电阻R1是为了限制发光二极管（LED）D2的电流。LED一般需要5-10mA的电流才能点亮，LED本身的压降一般比较固定，其值是1V左右，当单片机控制PC6口输出低电平时，LED将被点亮，这时LED中的电流为：（5V-1V）/0.47KΩ=8.5mA。

按键S1一端接地，一端接单片机PD3口，在PD3口内部可以通过软件设置上拉电阻，当S1断开时，PD3口为高电平；当S1闭合时，PD3口为低电平。单片机依据PD3口的电平状态即可获知按键是否闭合。

JP1是程序下载接口，所有STM8单片机的程序下载接口都是一样的。其中NRST为单片机复位接口，SWIM为程序下载的数据通道，电脑里的程序代码就是通过SWIM传输到单片机中的。

疑问：为啥没有时钟（晶振）电路？因为现在的单片机一般内部集成有RC振荡电路，通过软件可以设置单片机选用内部的RC振荡脉冲作为单片机内部的时钟。只是内部RC振荡电路的时钟不是太精准，对于一些时钟精度要求比较高的场合可以外接晶振电路。不过，大多数实际应用，内部RC振荡电路的精度已经足够了。

三、总结

所有STM8单片机相关的原理图基本上都是在这个电路基础上进行演进，万变不离其宗。

所有其它品牌和系列的单片机，其硬件原理图基本上也大同小异，掌握其中一个原理图，其它单片机的原理图也就都能看懂了。

这样是不是很简单呢？后续我还会讲解更多的单片机知识，内容是逐步深入的，留言加关注是对我最大的支持！

四、课后作业

如何实现LED灯的渐亮渐灭？

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