單片機(jī)最小系統(tǒng)是由芯片外部接上時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源構(gòu)成的一個(gè)基本應(yīng)用系統(tǒng)。主要包括時(shí)鐘電路，復(fù)位電路。

單片機(jī)由中央處理器(含部分特殊功能寄存器)、內(nèi)部RAM、程序存儲(chǔ)器、各種外設(shè)(IO端口、定時(shí)器、串行接口、中斷處理電路等等)及對(duì)應(yīng)控制寄存器、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等幾部分組成。

單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。

單片機(jī)工作時(shí)需要一些基本的、必備的外圍電路，包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。另外，單片機(jī)必須執(zhí)行程序，因此單片機(jī)系統(tǒng)必須具備能夠存儲(chǔ)程序的程序存儲(chǔ)器，而沒有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)(如8031單片機(jī))則必須擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器。本節(jié)將介紹時(shí)鐘電路和復(fù)位電路的功能和設(shè)計(jì)方法。

1.時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路如圖2-11所示，其中C1和C2為匹配電容，若外接晶體振蕩器，則一般選用30pF瓷片電容。在該電路中，晶振的頻率范圍為幾百千赫茲至幾十兆赫茲。時(shí)鐘電路的作用是產(chǎn)生時(shí)鐘振蕩信號(hào)，該信號(hào)頻率穩(wěn)定，相當(dāng)于一個(gè)打拍器，用于協(xié)調(diào)單片機(jī)各部件統(tǒng)一工作。

圖2-11單片機(jī)的時(shí)鐘電路

2.時(shí)鐘信號(hào)

圖2-12為圖2-11電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)波形。其中：①一個(gè)節(jié)拍P是一個(gè)晶振振蕩周期;②一個(gè)狀態(tài)周期S中包含兩個(gè)節(jié)拍，其中前一個(gè)節(jié)拍為P1，后一個(gè)節(jié)拍為P2;③一個(gè)

機(jī)器周期中包含6個(gè)狀態(tài)周期S，即S1~S6;④指令周期，是執(zhí)行一條指令所耗費(fèi)的機(jī)器周期個(gè)數(shù)。MCS-51單片機(jī)的指令周期通常為1~4個(gè)機(jī)器周期。

圖2-12時(shí)鐘信號(hào)波形

晶振振蕩周期、機(jī)器周期、狀態(tài)周期和晶振振蕩頻率fosc之間的關(guān)系為：晶振振蕩周期=1/fosc、狀態(tài)周期=2/fosc和機(jī)器周期=12/fosc。例如，若晶振頻率為12MHz，則機(jī)器周期為1μs。

復(fù)位電路

1.復(fù)位的作用

復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，也是單片機(jī)上電后的第一個(gè)操作。復(fù)位后，單片機(jī)的程序

計(jì)數(shù)器(PC)為0000H，使單片機(jī)從程序存儲(chǔ)器中地址為0000H的存儲(chǔ)單元中取指令，并執(zhí)行該指令。另外，復(fù)位后單片機(jī)絕大部分特殊功能寄存器的值是確定的，見表2-8。

2.復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

RST引腳是單片機(jī)復(fù)位信號(hào)的輸入端，高電平有效，當(dāng)該引腳持續(xù)出現(xiàn)至少兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，單片機(jī)即可復(fù)位。

復(fù)位電路的作用是產(chǎn)生有效的復(fù)位脈沖，使單片機(jī)復(fù)位。常用的復(fù)位電路有兩種：上電復(fù)位電路和手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。

(1)上電復(fù)位電路

上電復(fù)位電路的原理圖如圖2-13所示。在單片機(jī)剛通電(上電)時(shí)，電容C通過電阻R充電，在單片機(jī)的RST腳產(chǎn)生高電平復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)進(jìn)入初始化操作。下面介紹計(jì)算該復(fù)位電路中電阻R和電容C參數(shù)的方法。

在圖2-13中，RST引腳電壓為

假設(shè)uRST≥3V能使單片機(jī)可靠復(fù)位，則復(fù)位時(shí)必須滿足

由式(2-1)可知

由式(2-2)可知，RC越大，復(fù)位時(shí)間越長。若R=1kΩ、C=22μF，則

對(duì)于晶振頻率為12MHz、機(jī)器周期為1μs的單片機(jī)，11ms的復(fù)位時(shí)間符合要求。

圖2-13上電復(fù)位電路

(2)手動(dòng)按鍵復(fù)位

手動(dòng)按鍵復(fù)位電路的原理圖如圖2-14所示。單片機(jī)“跑飛”(是單片機(jī)程序進(jìn)入死循環(huán)，或單片機(jī)脫離用戶程序控制的一種非正常狀態(tài))時(shí)，用戶按一下按鍵SB，即可在單片機(jī)的RST引腳上產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)復(fù)位。在圖2-14中，按鍵SB按下時(shí)，RST引腳電壓為

圖2-14按鍵復(fù)位電路

需要注意，按鍵復(fù)位時(shí)電壓uRST必須符合復(fù)位要求，如uRST≥3V。例如，若R1=1kΩ、R2=200Ω，則

符合復(fù)位電壓要求。按鍵SB抬起后，隨著電容C的充電，uRST將逐漸衰減、變小。比較圖2-13和圖2-14可知，按鍵復(fù)位電路也包含上電復(fù)位的功能，因此，實(shí)際電路中手動(dòng)按鍵復(fù)位電路更常用。

圖2-15所示的電路即為一個(gè)典型的最小系統(tǒng)電路，其中包含了一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)工作所必備的最基本硬件條件，即電源信號(hào)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和程序存儲(chǔ)器。

圖2-15最小系統(tǒng)電路