单片机最小系统原理图嘉立创EDA（单片机最小系统原理）

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单片机的最小系统是由组成单片机系统必需的一些元件构成的，除了单片机之外，还需要包括电源供电电路、时钟电路、复位电路。

单片机最小系统电路（单片机电源和地没有标出）如图2-7所示。

图2-7 单片机最小系统下面着重介绍时钟电路和复位电路。

1）时钟电路单片机工作时，从取指令到译码再进行微操作，必须在时钟信号控制下才能有序地进行，时钟电路就是为单片机工作提供基本时钟的。

单片机的时钟信号通常有两种产生方式：内部时钟方式和外部时钟方式。

内部时钟方式的原理电路如图2-8所示。

在单片机XTAL1和XTAL2引脚上跨接上一个晶振和两个稳频电容，可以与单片机片内的电路构成一个稳定的自激振荡器。

晶振的取值范围一般为0~24MHz，常用的晶振频率有6MHz、12 MHz、11.0592 MHz、24 MHz等。

一些新型的单片机还可以选择更高的频率。

外接电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡信号频率与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用，一般选用20~30pF的瓷片电容。

外部时钟方式则是在单片机XTAL1引脚上外接一个稳定的时钟信号源，它一般适用于多片单片机同时工作的情况，使用同一时钟信号可以保证单片机的工作同步。

时序是单片机在执行指令时CPU发出的控制信号在时间上的先后顺序。

AT89C51单片机的时序概念有4个，可用定时单位来说明，包括振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期。

振荡周期：是片内振荡电路或片外为单片机提供的脉冲信号的周期。

时序中1个振荡周期定义为1个节拍，用P表示。

时钟周期：振荡脉冲送入内部时钟电路，由时钟电路对其二分频后输出的时钟脉冲周期称为时钟周期。

时钟周期为振荡周期的2倍。

时序中1个时钟周期定义为1个状态，用S表示。

每个状态包括2个节拍，用PP2表示。

机器周期：机器周期是单片机完成一个基本操作所需要的时间。

一条指令的执行需要一个或几个机器周期。

一个机器周期固定的由6个状态S1~S6组成。

指令周期：执行一条指令所需要的时间称为指令周期。

一般用指令执行所需机器周期数表示。

AT89C51单片机多数指令的执行需要1个或2个机器周期，只有乘除两条指令的执行需要4个机器周期。

了解了以上几个时序的概念后，我们就可以很快的计算出执行一条指令所需要的时间。

例如：若单片机使用12MHz的晶振频率，则振荡周期=1/（12MHz）=1/12us，时钟周期=1/6us，机器周期=1us，执行一条单周期指令只需要1us，执行一条双周期指令则需要2us。

2）复位电路无论是在单片机刚开始接上电源时，还是运行过程中发生故障都需要复位。

复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到一个确定的初始值，并从这个状态开始工作。

单片机的复位条件：必须使其RST引脚上持续出现两个（或以上）机器周期的高电平。

单片机的复位形式：上电复位、按键复位。

上电复位和按键复位电路如下。

图2-9 单片机复位电路上电复位电路中，利用电容充电来实现复位。

在电源接通瞬间，RST引脚上的电位是高电平（Vcc），电源接通后对电容进行快速充电，随着充电的进行，RST引脚上的电位也会逐渐下降为低电平。

只要保证RST引脚上高电平出现的时间大于两个机器周期，便可以实现正常复位。

按键复位电路中，当按键没有按下时，电路同上电复位电路。

如在单片机运行过程中，按下RESET键，已经充好电的电容会快速通过200Ω电阻的回路放电，从而使得RST引脚上的电位快速变为高电平，此高电平会维持到按键释放，从而满足单片机复位的条件实现按键复位。

单片机复位后各特殊功能寄存器的复位值见表2-11。

表2-11 单片机特殊功能寄存器复位值寄存器复位值寄存器复位值寄存器复位值PC0000HSBUF不确定TMOD00HB00HSCON00HTCON00HACC00HTH100HPCON0***0000BPSW00HTH000HDPTR0000HIP***00000BTL100HSP07HIE0**00000BTL000HP0~P3FFH注：*表示无关位。

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