理解51单片机最小系统的工作原理

51单片机最小应用系统

概述

要想使用单片机，第一个要搭建的电路就是单片机的最小系统，有了这个最小系统单片机就可以去正常的工作，即使没有其他的外围电路（显示器啥的），也可以对单片机进行程序的编写，程序也可以在单片机里面正常的运行。其包括MCS-51系列芯片一块，（51初步认识）电源电路，时钟电路，复位电路。

51单片机最小系统原理图
最小系统用到的引脚

1、主电源引脚
VCC（40）：电源输入，接＋5V电源
GND（20）：接地线

2、外接晶振引脚
XTAL1（19）：片内振荡电路的输入端（片内反向放大器输入）
XTAL2（18）：片内振荡电路的输出端（片内反向放大器输出）¹

3、控制引脚
RST/VPP（9）：复位引脚，引脚上出现2个机器周期(如果用11.0592Mhz的晶振，一个机器周期为1us,一个机器周期等于12个时钟周期)的高电平将使单片机复位

4、$\overline{\text{EA}}$/V_DD
片外ROM选用端。该引脚有效时（低电平）只选用片外ROM,否则计算机上电或复位后先用片内ROM。如果选择外部的存储器，太浪费单片机仅有的资源，所以这一脚永远接电源5V(如上图所示)，使用单片机的内部存储器。

1.电源电路

任何的电子设备都需要给其供应相对应的工作电源才可以正常工作，此芯片可用+5V的直流电源供电

电源电路

2.时钟电路

单片机的芯片是数字电路芯片，数字芯片要想正常工作，都需要有一个基本的时钟基准，要在这个时钟脉冲的步调下去工作。时钟电路主要由外部的时钟晶振来提供（晶体振荡器产生一定频率的方波，单片机常用6MHz、11.0592MHz、12MHz），用作单片机内部各功能部件按序协调工作的控制信号，其周期称为时钟周期。

Y1为晶振，这个是无源晶振，配合单片机内部的振荡电路能够产生单片机工作的时钟基准。
电容的作用

1. 辅助晶振起振
2. 维持晶振稳定工作，过滤掉晶振部分的高频信号，让晶振工作的时候更加稳定。产生稳定的时钟信号。

3.复位电路²

复位电路使单片机从一个初始的状态去执行程序

复位电路

此图的为高电平复位，低电平正常工作， RST是复位端，单片机的振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期³的高电平就可以实现复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间,该引脚上高电平必须持续10ms以上才能保证有效复位。

实现高电平脉冲方法：电容充放电，上电瞬间，电容充电，RST为高电平复位；电容充满电，断路，RST为低电平。以此产生一段时间高电平再变成低电平，为单片机提供复位信号。

详细解释：当这个电路处于稳态时，电容起到隔离直流的作用，隔离了+5V，下边部分电路就没有电压差的产生，所以电容C1 以下部分的电位都是和GND 相等的，也就是 0V。

电容 C1 上方电压是 5V，下方是 0V，根据我们初中所学的知识，电容 C1 要进行充电，正离子从上往下充电，负电子从 GND 往上充电，这个时候电容对电路来说相当于一根导线，全部电压都加在了 R1 这个电阻上，那么 RST端口位置的电压就是 5V，随着电容充电越来越多，即将充满的时候，电流会越来越小，那RST 端口上的电压值等于电流乘以 R1 的阻值，也就会越来越小，一直到电容完全充满后，线路上不再有电流，这个时候RST 和 GND 的电位就相等了也就是 0V 了。这个单片机是高电平复位，低电平正常工作，所以正常工作的电压是 0V，没有问题。
原文所在：布尔青年连接

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1. 外接晶体时，XTAL1与XTAL2各接晶体的一端，接外界晶体与片内发现放大器构成振荡器
   添加链接描述 ↩︎

2. 复位电路描述更详细，这部分应用了这篇文章 ↩︎

3. 6个时钟周期构成1个机器周期 ↩︎