51單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖的功能詳解

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

單片機(jī)最小系統(tǒng)

下面著重介紹時鐘電路和復(fù)位電路。

1）時鐘電路

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

內(nèi)部時鐘方式的原理電路如圖所示。在單片機(jī)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(jī)片內(nèi)的電路構(gòu)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(jī)還可以選擇更高的頻率。外接電容的作用是對振蕩器進(jìn)行頻率微調(diào)，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(jī)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(jī)同時工作的情況，使用同一時鐘信號可以保證單片機(jī)的工作同步。

時序是單片機(jī)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(jī)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(jī)器周期和指令周期。

振蕩周期：是片內(nèi)振蕩電路或片外為單片機(jī)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(nèi)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(jī)器周期：機(jī)器周期是單片機(jī)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(jī)器周期。一個機(jī)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(jī)器周期數(shù)表示。AT89C51單片機(jī)多數(shù)指令的執(zhí)行需要1個或2個機(jī)器周期，只有乘除兩條指令的執(zhí)行需要4個機(jī)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(jī)使用12MHz的晶振頻率，則振蕩周期=1/（12MHz）=1/12us，時鐘周期=1/6us，機(jī)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(fù)位電路

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

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

單片機(jī)的復(fù)位形式：上電復(fù)位、按鍵復(fù)位。上電復(fù)位和按鍵復(fù)位電路如下。

上電復(fù)位電路中，利用電容充電來實現(xiàn)復(fù)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(jìn)行快速充電，隨著充電的進(jìn)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(jī)器周期，便可以實現(xiàn)正常復(fù)位。

按鍵復(fù)位電路中，當(dāng)按鍵沒有按下時，電路同上電復(fù)位電路。如在單片機(jī)運行過程中，按下RESET鍵，已經(jīng)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(jī)復(fù)位的條件實現(xiàn)按鍵復(fù)位。