單片機(jī)最小系統(tǒng)包括什么電路_單片機(jī)最小系統(tǒng)的作用是什么

單片機(jī)最小系統(tǒng)包括什么電路

單片機(jī)最小系統(tǒng)是由芯片外部接上時鐘電路、復(fù)位電路和電源構(gòu)成的一個基本應(yīng)用系統(tǒng)。主要包括時鐘電路，復(fù)位電路。

單片機(jī)由中央處理器（含部分特殊功能寄存器）、內(nèi)部RAM、程序存儲器、各種外設(shè)（IO端口、定時器、串行接口、中斷處理電路等等）及對應(yīng)控制寄存器、時鐘電路、復(fù)位電路等幾部分組成。

單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當(dāng)于一個微型的計算機(jī)，和計算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。

單片機(jī)最小系統(tǒng)的作用是什么

單片機(jī)最小系統(tǒng)呢？最小系統(tǒng)，就是指單片機(jī)能正常工作最簡單的電路。對51單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般包括：電源、單片機(jī)、時鐘電路和復(fù)位電路。其電路圖如下：

現(xiàn)在向大家介紹下這些電路的作用。

電源電路：作為電子器件，51單片機(jī)當(dāng)然少不了電源供電，它一般使用5V電源，我們可以從大家所熟悉的USB接口獲取5V電源。在圖中，每個VCC符號都是共同連接在5V電源正極的;而所有的GND符號連接在一起，共同接到電源負(fù)極。圖中之所以沒有把它們連接到一起，而是使用多個VCC和GND符號，是為了讓電路圖看起來更清晰簡潔（VCC = Volt Current Condenser，表示供電電壓;GND = Ground，接地的意思，可以簡單理解為連接到電源負(fù)極，并且我們以GND作為參考電壓，GND的電壓值始終為0V）。

特別注意，一定不要把單片機(jī)接到過高的電壓上，或者將電源正負(fù)極接反，很可能燒壞單片機(jī)，甚至發(fā)生爆炸。如果單片機(jī)是插在芯片插座上的，由于VCC和GND剛好在對稱的位置，插反了剛好會出現(xiàn)電源接反的情況，一定要注意避免。

這里補充一點，如果需要知道一種芯片使用的電源電壓，通常可以查官方給出的芯片手冊，后面會對芯片手冊進(jìn)行介紹。

時鐘電路：連接在引腳XTAL1、XTAL2和GND間的電路是時鐘電路（XTAL = External Crystal Oscillator，表示外接晶振）。前面的電源比較好理解，但是什么是時鐘電路呢？它有什么用處呢？時鐘電路就像是人的心臟一樣，每時每刻不斷跳動著，對于單片機(jī)來說是至關(guān)重要的。如同心臟給我們的身體不斷運輸血液和氧氣，讓身體各種器官正常工作，而時鐘電路則是單片機(jī)內(nèi)部各部分電路正常工作的驅(qū)動力。

時鐘電路由晶振和電容器組成。晶振是一種由石英制造的電子元件，在通電時，其表面會產(chǎn)生特定頻率的振蕩，最后通過電路可以輸出一個頻率很穩(wěn)定的時鐘信號，驅(qū)動單片機(jī)工作。我們?nèi)说男呐K每分鐘跳動幾十到上百次，而對于單片機(jī)來說，這實在太慢了。圖中的晶振頻率是 12MHz（1MHz=1，000，000Hz），正常工作起來，每秒鐘振蕩12，000，000次！實際上，時鐘電路的晶振并非必須是12M，也可以是其他的，但是要注意STC89C51這款單片機(jī)最高工作頻率不能超過80M（這個同樣可以通過芯片手冊查找）。實際上我們使用更多的是11.0592M的晶振，為什么是這樣奇怪的頻率呢？后面講到串口的時候相信讀者就能明白了。

時鐘電路還用到C2和C3兩個電容，如果不了解電容，可以找找常用電子元器件介紹的相關(guān)資料，這里不做介紹。這兩個電容通常用瓷片電容，容量一般取30pF即可。

順便說一下，如果自己設(shè)計時鐘電路，晶振和單片機(jī)之間的連線不要過長，這樣可能會導(dǎo)致電路不能正常工作（不能起振）。

時鐘每產(chǎn)生一次振蕩的時間，叫做一個時鐘周期;對于我們用的這款51單片機(jī)，每12個時鐘周期，單片機(jī)執(zhí)行一步操作，稱為一個機(jī)器周期（STC也推出了 1T單片機(jī)，每1個時鐘周期就執(zhí)行一步操作）。如果是12M晶振，時鐘周期就是1/12 us，機(jī)器周期剛好是1 us。

大家應(yīng)該還記得前面說的上世紀(jì)古老龐大的計算機(jī)埃尼阿克吧，埃尼阿克一秒鐘能進(jìn)行5000次加法運算，那在當(dāng)時已經(jīng)是相當(dāng)高的水平了。但是和我們的 51 單片機(jī)比起來，實在是小巫見大巫。51單片機(jī)可以在一個機(jī)器周期里進(jìn)行一次加法運算（即匯編指令ADD），用12M晶振，1秒鐘最多可以進(jìn)行一百萬次加法運算，是埃尼阿克的200倍（不考慮數(shù)據(jù)在寄存器和內(nèi)存之間的移動）?？吹竭@里，大家是不是在為自己能用上這么高科技的東西而竊喜呢？^_^

復(fù)位電路：圖中連接到RST引腳的那部分電路就是復(fù)位電路，由電阻和電容組成。復(fù)位電路的作用，就是在剛通電的時候給單片機(jī)發(fā)出一個信號（對于51單片機(jī)，是連續(xù)至少兩個機(jī)器周期的高電平），告訴單片機(jī)現(xiàn)在可以開始工作了。于是單片機(jī)就從初始狀態(tài)開始，不厭其煩的執(zhí)行特定的程序，直到斷電，或者出現(xiàn)特殊情況導(dǎo)致程序終止。一般情況下，單片機(jī)正常工作時是不應(yīng)該出現(xiàn)程序執(zhí)行終止的情況的，有關(guān)這個問題，后文講單片機(jī)程序特點時會說明。

復(fù)位電路的原理，是上電時通過電阻給電容充電，讓電容連接到RST管腳的電壓，從5V變?yōu)?V，也就是高電平變?yōu)榈碗娖健ｋ娮韬碗娙莸娜≈?，按照圖中給出的參考值即可，如果對模擬電路有了解，也可以自行計算確定其取值。

另外，圖中的EA/VPP管腳，是訪問內(nèi)部或外部程序存儲器選擇信號和提供編程電壓的，一般用的不多。直接連接VCC就可以了。

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