单片机的最小系统
51单片机的最小系统
单片机不仅仅只是一个芯片，如果只有一个芯片，没有必要的外围电路对其进行供电与控制，那么他的工作就无法进行。51单片机系统所能运行的必要的外围电路有三种：
- 电源电路
- 时钟电路
- 复位电路
首先要了解一些知识：
- 上拉电阻
上拉电阻就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平，电阻同时起限流作用。由Vcc 5V电源串联一个10k或4.7k的大电阻构成。
如图所示，当电源与电阻串联后，由于无法构成回路，A端的电压也为5V。若A端后接入无穷大的电阻，那么也可以等效为A点断路，A点电压为5V。 - 下拉电阻
下拉电阻就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在低电平，电阻同时起限流作用。由GND串联一个10k或4.7k的大电阻构成。
如图所示，当地与电阻串联后，由于无法构成回路，B端的电压也为0V。若B端后接入无穷大的电阻，那么也可以等效为B点断路，B点电压为0V。 - 晶振
晶振全名为石英晶体振荡器，由数电知识可知，晶振的振荡频率比较稳定，几乎不受外界环境的影响。51单片机中，常用的晶振频率为11.0592mHz和12mHz。 - 时钟周期
时钟控制信号的基本时间单位。若晶振频率为fosc，则时钟周期Tosc=1/fosc。如fosc=6MHz，Tosc=166.7ns。 - 机器周期
CPU完成一个基本操作所需时间为机器周期。执行一条指令分为几个机器周期，每个机器周期完成一个基本操作，如取指令、读或写数据等，每12个时钟周期为1个机器周期。分6个状态：S1～S6。每个状态又分两拍：P1和P2。因此，一个机器周期中的12个时钟周期表示为S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P2。 - 指令周期
执行一条指令所需的时间。从指令执行时间看：单字节和双字节指令一般为单机器周期和双机器周期；三字节指令都是双机器周期；乘、除指令占用4个机器周期。
接下来进入正题
电源电路
顾名思义，电源电路为单片机提供所能运行的必要的电能。对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。
51单片机所需要的电源为5V，是这三个电路中最简单的一个，只需将Vcc管脚（40脚）与GND管脚（20脚）分别接5V电压与地，另外还需将EA管脚通过上拉电阻接入5V电源，51单片机的EA/VPP（31 脚） 是内部和外部程序存储器的选择管脚。当EA为高电平时，单片机访问内部程序存储器；当EA为低电平时，则不管是否有内部程序存储器，只访问外部存储器。
时钟电路
时钟电路产生单片机工作时所必需的控制信号，在时钟信号控制下，严格按时序执行指令。执行指令时，CPU首先到程序存储器中取出需要执行的指令操作码，然后译码，并由时钟电路产生一系列控制信号完成指令所规定的操作。
时钟电路分为两种方式，一种为内部时钟方式，一种为外部时钟方式。
- 内部时钟方式：51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器。
- 外部时钟方式：用现成的外部振荡器产生脉冲信号，常用于多片51单片机同时工作，以便于多片51单片机之间的同步。 外部时钟源直接接到XTAL1端，XTAL2端悬空。
复位电路
类似于电脑的重启。除系统的正常初始化外，当程序出错（如程序跑飞）或操作错误使系统处于死锁状态时，需按复位键使RST脚为高电平，使单片机摆脱“跑飞”或“死锁”状态而重新启动程序。
上电时自动复位是通过VCC（+5V）电源给电容C充电加给RST引脚一个短暂的高电平信号，此信号随着VCC对电容C的充电过程而逐渐回落，即RST脚上的高电平持续时间取决于电容C充电时间。因此为保证系统能可靠地复位，RST引脚上的高电平必须大于复位所要求的高电平的时间。
除上电复位外，有时还需要人工按键复位。按键复位是通过RST端经两个电阻对电源VCC接通分压产生的高电平来实现。
复位时，PC初始化为0000H，程序从0000H单元开始执行；SP=07H ，而P0～P3引脚均为高电平。在某些控制应用中，要注意考虑P0～P3引脚的高电平对接在这些引脚上的外部电路的影响。复位操作还对其他一些寄存器有影响，这些寄存器复位时的状态见下表：
下图为Proteus仿真中51单片机的最小系统