51單片機最小系統(tǒng)原理圖的功能詳解

單片機的最小系統(tǒng)是由組成單片機系統(tǒng)必需的一些元件構成的，除了單片機之外，還需要包括電源供電電路、時鐘電路、復位電路。

單片機最小系統(tǒng)

下面著重介紹時鐘電路和復位電路。

1）時鐘電路

單片機工作時，從取指令到譯碼再進行微操作，必須在時鐘信號控制下才能有序地進行，時鐘電路就是為單片機工作提供基本時鐘的。單片機的時鐘信號通常有兩種產生方式：內部時鐘方式和外部時鐘方式。

內部時鐘方式的原理電路如圖所示。在單片機XTAL1和XTAL2引腳上跨接上一個晶振和兩個穩(wěn)頻電容，可以與單片機片內的電路構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。晶振的取值范圍一般為0~24MHz，常用的晶振頻率有6MHz、12 MHz、11.0592 MHz、24 MHz等。一些新型的單片機還可以選擇更高的頻率。外接電容的作用是對振蕩器進行頻率微調，使振蕩信號頻率與晶振頻率一致，同時起到穩(wěn)定頻率的作用，一般選用20~30pF的瓷片電容。

外部時鐘方式則是在單片機XTAL1引腳上外接一個穩(wěn)定的時鐘信號源，它一般適用于多片單片機同時工作的情況，使用同一時鐘信號可以保證單片機的工作同步。

時序是單片機在執(zhí)行指令時CPU發(fā)出的控制信號在時間上的先后順序。AT89C51單片機的時序概念有4個，可用定時單位來說明，包括振蕩周期、時鐘周期、機器周期和指令周期。

振蕩周期：是片內振蕩電路或片外為單片機提供的脈沖信號的周期。時序中1個振蕩周期定義為1個節(jié)拍，用P表示。

時鐘周期：振蕩脈沖送入內部時鐘電路，由時鐘電路對其二分頻后輸出的時鐘脈沖周期稱為時鐘周期。時鐘周期為振蕩周期的2倍。時序中1個時鐘周期定義為1個狀態(tài)，用S表示。每個狀態(tài)包括2個節(jié)拍，用P1、P2表示。

機器周期：機器周期是單片機完成一個基本操作所需要的時間。一條指令的執(zhí)行需要一個或幾個機器周期。一個機器周期固定的由6個狀態(tài)S1~S6組成。

指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。一般用指令執(zhí)行所需機器周期數(shù)表示。AT89C51單片機多數(shù)指令的執(zhí)行需要1個或2個機器周期，只有乘除兩條指令的執(zhí)行需要4個機器周期。

了解了以上幾個時序的概念后，我們就可以很快的計算出執(zhí)行一條指令所需要的時間。例如：若單片機使用12MHz的晶振頻率，則振蕩周期=1/（12MHz）=1/12us，時鐘周期=1/6us，機器周期=1us，執(zhí)行一條單周期指令只需要1us，執(zhí)行一條雙周期指令則需要2us。

2）復位電路

無論是在單片機剛開始接上電源時，還是運行過程中發(fā)生故障都需要復位。復位電路用于將單片機內部各電路的狀態(tài)恢復到一個確定的初始值，并從這個狀態(tài)開始工作。

單片機的復位條件：必須使其RST引腳上持續(xù)出現(xiàn)兩個（或以上）機器周期的高電平。

單片機的復位形式：上電復位、按鍵復位。上電復位和按鍵復位電路如下。

上電復位電路中，利用電容充電來實現(xiàn)復位。在電源接通瞬間，RST引腳上的電位是高電平（Vcc），電源接通后對電容進行快速充電，隨著充電的進行，RST引腳上的電位也會逐漸下降為低電平。只要保證RST引腳上高電平出現(xiàn)的時間大于兩個機器周期，便可以實現(xiàn)正常復位。

按鍵復位電路中，當按鍵沒有按下時，電路同上電復位電路。如在單片機運行過程中，按下RESET鍵，已經充好電的電容會快速通過200Ω電阻的回路放電，從而使得RST引腳上的電位快速變?yōu)楦唠娖?，此高電平會維持到按鍵釋放，從而滿足單片機復位的條件實現(xiàn)按鍵復位。