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

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

單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。

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

1.時鐘電路

時鐘電路如圖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。時鐘電路的作用是產(chǎn)生時鐘振蕩信號，該信號頻率穩(wěn)定，相當于一個打拍器，用于協(xié)調(diào)單片機各部件統(tǒng)一工作。

圖2-11單片機的時鐘電路

2.時鐘信號

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

機器周期中包含6個狀態(tài)周期S，即S1~S6;④指令周期，是執(zhí)行一條指令所耗費的機器周期個數(shù)。MCS-51單片機的指令周期通常為1~4個機器周期。

圖2-12時鐘信號波形

晶振振蕩周期、機器周期、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和機器周期=12/fosc。例如，若晶振頻率為12MHz，則機器周期為1μs。

復(fù)位電路

1.復(fù)位的作用

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

計數(shù)器(PC)為0000H，使單片機從程序存儲器中地址為0000H的存儲單元中取指令，并執(zhí)行該指令。另外，復(fù)位后單片機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

RST引腳是單片機復(fù)位信號的輸入端，高電平有效，當該引腳持續(xù)出現(xiàn)至少兩個機器周期的高電平時，單片機即可復(fù)位。

復(fù)位電路的作用是產(chǎn)生有效的復(fù)位脈沖，使單片機復(fù)位。常用的復(fù)位電路有兩種：上電復(fù)位電路和手動按鍵復(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。在單片機剛通電(上電)時，電容C通過電阻R充電，在單片機的RST腳產(chǎn)生高電平復(fù)位信號，使單片機進入初始化操作。下面介紹計算該復(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能使單片機可靠復(fù)位，則復(fù)位時必須滿足

由式(2-1)可知

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

對于晶振頻率為12MHz、機器周期為1μs的單片機，11ms的復(fù)位時間符合要求。

圖2-13上電復(fù)位電路

(2)手動按鍵復(fù)位

手動按鍵復(fù)位電路的原理圖如圖2-14所示。單片機“跑飛”(是單片機程序進入死循環(huán)，或單片機脫離用戶程序控制的一種非正常狀態(tài))時，用戶按一下按鍵SB，即可在單片機的RST引腳上產(chǎn)生復(fù)位信號，使單片機復(fù)位。在圖2-14中，按鍵SB按下時，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，實際電路中手動按鍵復(fù)位電路更常用。

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

圖2-15最小系統(tǒng)電路