单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统 .


对 51 系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路 .


下面给出一个 51 单片机的最小系统电路图 .

 

 

说明:

复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST 脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的 RC 值来决定 . 典型的 51 单片机当 RST 脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合 RC 的取值就可以保证可靠的复位 . 一般教科书推荐 C 取 10u,R 取 8.2K. 当然也有其他取法的,原则就是要让 RC 组合可以在 RST 脚上产生不少于 2 个机周期的高电平 . 至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍 .


晶振电路:典型的晶振取 11.0592MHz(因为可以准确地得到 9600 波特率和 19200 波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的 uS 级时歇,方便定时操作)


单片机:一片 AT89S51/52 或其他 51 系列兼容单片机
特别注意:对于 31 脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部 ROM 的 0000H 开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部 ROM 的 0000H 开始执行 . 这一点是初学者容易忽略的 .

 

复位电路

一、复位电路的用途

单片机复位电路就好比电脑的重启部分,当电脑在使用中出现死机,按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样,当单片机系统在运行中,受到环境干扰出现程序跑飞的时候,按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。


单片机复位电路如下图:

 


二、复位电路的工作原理

在书本上有介绍,51 单片机要复位只需要在第 9 引脚接个高电平持续 2US 就可以实现,那这个过程是如何实现的呢?

 

在单片机系统中,系统上电启动的时候复位一次,当按键按下的时候系统再次复位,如果释放后再按下,系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。

 

开机的时候为什么为复位

在电路图中,电容的的大小是 10uF,电阻的大小是 10k。所以根据公式,可以算出电容充电到电源电压的 0.7 倍(单片机的电源是 5V,所以充电到 0.7 倍即为 3.5V),需要的时间是 10K*10UF=0.1S。

 

也就是说在电脑启动的 0.1S 内,电容两端的电压时在 0~3.5V 增加。这个时候 10K 电阻两端的电压为从 5~1.5V 减少(串联电路各处电压之和为总电压)。所以在 0.1S 内,RST 引脚所接收到的电压是 5V~1.5V。在 5V 正常工作的 51 单片机中小于 1.5V 的电压信号为低电平信号,而大于 1.5V 的电压信号为高电平信号。所以在开机 0.1S 内,单片机系统自动复位(RST 引脚接收到的高电平信号时间为 0.1S 左右)。

 

按键按下的时候为什么会复位

在单片机启动 0.1S 后,电容 C 两端的电压持续充电为 5V,这是时候 10K 电阻两端的电压接近于 0V,RST 处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候,开关导通,这个时候电容两端形成了一个回路,电容被短路,所以在按键按下的这个过程中,电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移,电容的电压在 0.1S 内,从 5V 释放到变为了 1.5V,甚至更小。根据串联电路电压为各处之和,这个时候 10K 电阻两端的电压为 3.5V,甚至更大,所以 RST 引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。

 

总 结

1、复位电路的原理是单片机 RST 引脚接收到 2US 以上的电平信号,只要保证电容的充放电时间大于 2US,即可实现复位,所以电路中的电容值是可以改变的。


2、按键按下系统复位,是电容处于一个短路电路中,释放了所有的电能,电阻两端的电压增加引起的。


51 单片机最小系统电路介绍

1.51 单片机最小系统复位电路的极性电容 C1 的大小直接影响单片机的复位时间,一般采用 10~30uF,51 单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。


2.51 单片机最小系统晶振 Y1 也可以采用 6MHz 或者 11.0592MHz,在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振,51 单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度,频率越大处理速度越快。


3.51 单片机最小系统起振电容 C2、C3 一般采用 15~33pF,并且电容离晶振越近越好,晶振离单片机越近越好 4.P0 口为开漏输出,作为输出口时需加上拉电阻,阻值一般为 10k。


设置为定时器模式时,加 1 计数器是对内部机器周期计数(1 个机器周期等于 12 个振荡周期,即计数频率为晶振频率的 1/12)。计数值 N 乘以机器周期 Tcy 就是定时时间 t。


设置为计数器模式时,外部事件计数脉冲由 T0 或 T1 引脚输入到计数器。在每个机器周期的 S5P2 期间采样 T0、T1 引脚电平。当某周期采样到一高电平输入,而下一周期又采样到一低电平时,则计数器加 1,更新的计数值在下一个机器周期的 S3P1 期间装入计数器。由于检测一个从 1 到 0 的下降沿需要 2 个机器周期,因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为 12MHz 时,最高计数频率不超过 1/2MHz,即计数脉冲的周期要大于 2 ms。