求解：简述51微控制器最小系统的工作原理

求解：简述51微控制器最小系统的工作原理, 51微控制器最小系统原理说明。

5V电源:给系统供电。 复位电路:程式跑飞时复位电路可以使程式从新执行，相当于电脑的重启。 晶振:给微控制器执行提供时钟。比如电脑的22GHz频率。 EA接高电平:表示执行内部程式储存器下载的程式。 P0口接排阻:P0口开漏结构，使用时一般接排阻拉高电平。

这个电路是微控制器最基本的工作电路，有了这个电路，微控制器才能工作。采用的是51微控制器经典的微控制器STC89C52，画上了复位电路，和电源开关电路。通上五伏特的电压，就可以通过写进的程式运行了。

微控制器的最小系统是由组成微控制器系统必需的一些元件构成的，除了微控制器之外，还需要包括电源供电电路、时钟电路、复位电路。微控制器最小系统电路（微控制器电源和地没有标出）如图2-7所示。

图2-7 微控制器最小系统 下面着重介绍时钟电路和复位电路。 1）时钟电路 微控制器工作时，从取指令到译码再进行微操作，必须在时钟讯号控制下才能有序地进行，时钟电路就是为微控制器工作提供基本时钟的。微控制器的时钟讯号通常有两种产生方式：内部时钟方式和外部时钟方式。 内部时钟方式的原理电路如图2-8所示。在微控制器XTAL1和XTAL2引脚上跨接上一个晶振和两个稳频电容，可以与微控制器片内的电路构成一个稳定的自激振荡器。晶振的取值范围一般为0~24MHz，常用的晶振频率有6MHz、12 MHz、110592 MHz、24 MHz等。一些新型的微控制器还可以选择更高的频率。外接电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡讯号频率与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用，一般选用20~30pF的瓷片电容。 外部时钟方式则是在微控制器XTAL1引脚上外接一个稳定的时钟讯号源，它一般适用于多片微控制器同时工作的情况，使用同一时钟讯号可以保证微控制器的工作同步。 时序是微控制器在执行指令时CPU发出的控制讯号在时间上的先后顺序。AT89C51微控制器的时序概念有4个，可用定时单位来说明，包括振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期。 振荡周期：是片内振荡电路或片外为微控制器提供的脉冲讯号的周期。时序中1个振荡周期定义为1个节拍，用P表示。 时钟周期：振荡脉冲送入内部时钟电路，由时钟电路对其二分频后输出的时钟脉冲周期称为时钟周期。时钟周期为振荡周期的2倍。时序中1个时钟周期定义为1个状态，用S表示。每个状态包括2个节拍，用P1、P2表示。 机器周期：机器周期是微控制器完成一个基本操作所需要的时间。一条指令的执行需要一个或几个机器周期。一个机器周期固定的由6个状态S1~S6组成。 指令周期：执行一条指令所需要的时间称为指令周期。一般用指令执行所需机器周期数表示。AT89C51微控制器多数指令的执行需要1个或2个机器周期，只有乘除两条指令的执行需要4个机器周期。 了解了以上几个时序的概念后，我们就可以很快的计算出执行一条指令所需要的时间。例如：若微控制器使用12MHz的晶振频率，则振荡周期=1/（12MHz）=1/12us，时钟周期=1/6us，机器周期=1us，执行一条单周期指令只需要1us，执行一条双周期指令则需要2us。 2）复位电路 无论是在微控制器刚开始接上电源时，还是执行过程中发生故障都需要复位。复位电路用于将微控制器内部各电路的状态恢复到一个确定的初始值，并从这个状态开始工作。 微控制器的复位条件：必须使其RST引脚上持续出现两个（或以上）机器周期的高电平。 微控制器的复位形式：上电覆位、按键复位。上电覆位和按键复位电路如下。

图2-9 微控制器复位电路 上电覆位电路中，利用电容充电来实现复位。在电源接通瞬间，RST引脚上的电位是高电平（V），电源接通后对电容进行快速充电，随着充电的进行，RST引脚上的电位也会逐渐下降为低电平。只要保证RST引脚上高电平出现的时间大于两个机器周期，便可以实现正常复位。 按键复位电路中，当按键没有按下时，电路同上电覆位电路。如在微控制器执行过程中，按下RESET键，已经充好电的电容会快速通过200Ω电阻的回路放电，从而使得RST引脚上的电位快速变为高电平，此高电平会维持到按键释放，从而满足微控制器复位的条件实现按键复位。 微控制器复位后各特殊功能暂存器的复位值见表2-11。 表2-11 微控制器特殊功能暂存器复位值 暂存器 复位值 暂存器 复位值 暂存器 复位值 PC 0000H SBUF 不确定 TMOD 00H B 00H SCON 00H TCON 00H ACC 00H TH1 00H PCON 00000B PSW 00H TH0 00H DPTR 0000H IP 00000B TL1 00H SP 07H IE 000000B TL0 00H P0~P3 FFH 注：表示无关位。

一个最小系统需要微控制器一个，绿座一个，排针，电键一个，10uF电容一个，30pF电容两个 ，发光二极体，10K电阻一个，九针排阻一个（或八个47K电阻），晶振一个。

电源模组的稳定可靠是系统平稳执行的前提和基础。51微控制器虽然使用时间最早、应用范围最广，但是在实际使用过程中，一个和典型的问题就是相比其他系列的微控制器，51微控制器更容易受到干扰而出现程式跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段就是为微控制器系统配置一个稳定可靠的电源供电模组。此最小系统中的电源供电模组的电源可以通过计算机的USB口供给，也可使用外部稳定的5V电源供电模组供给。

微控制器的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，微控制器复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在微控制器内部，复位的时候微控制器是把一些暂存器以及储存装置装入厂商预设的一个值。

微控制器复位电路原理是在微控制器的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电覆位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于微控制器的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。复位电路由按键复位和上电覆位两部分组成。

微控制器系统里都有晶振，在微控制器系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合微控制器内部电路产生微控制器所需的时钟频率，微控制器晶振提供的时钟频率越高，那么微控制器执行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在微控制器晶振提供的时钟频率。

在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高阶的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器(VCO)。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。

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51微控制器系统，最简单经济的就是国产的STC微控制器，只要用插针引出6根引脚，与串列埠程式设计器对应连线即可。 进STC微控制器官网即可看到。

(1)：因为每一种晶振都有各自的特性，所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。 (2)：在许可范围内，C1,C2值越低越好。C值偏大虽有利于振荡器的稳定，但将会增加起振时间。 (3)：应使C2值大于C1值，这样可使上电时，加快晶振起振。 102,103,104都太大了，一般是数pf到数十pf。