2.4 AT89S51單片機(jī)的最小系統(tǒng)

2.4.1 AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)的構(gòu)成

在單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，由于應(yīng)用條件及控制要求的不同，其外圍電路的組成各不相同。單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是指在盡可能少的外部電路條件下，能使單片機(jī)獨(dú)立工作的系統(tǒng)。

由于AT89S51內(nèi)部已經(jīng)有4 KB的Flash E2PROM及128 B的RAM，因此只需要接上時鐘電路和復(fù)位電路就可以構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)，如圖2-13所示。

2.4.2 時鐘電路

時鐘電路對單片機(jī)系統(tǒng)而言是必需的。由于單片機(jī)內(nèi)部是由各種各樣的數(shù)字邏輯器件（如觸發(fā)器、寄存器、存儲器等）構(gòu)成，這些數(shù)字器件的工作必須按時間順序完成，這種時間順序就稱為時序。時鐘電路就是提供單片機(jī)內(nèi)部各種操作的時間基準(zhǔn)的電路，沒有時鐘電路單片機(jī)就無法工作。

1．時鐘電路的產(chǎn)生方式

根據(jù)AT89S51單片機(jī)產(chǎn)生時鐘方式的不同，可將時鐘電路分為內(nèi)部時鐘方式及外部時鐘方式兩種。

在XTAL1和XTAL2引腳之間外接石英晶體振蕩器及兩個諧振電容，就可以構(gòu)成內(nèi)部時鐘電路，如圖2-13 所示的電路。內(nèi)部時鐘電路的石英晶體振蕩器頻率一般選擇在 4～12MHz，諧振電容采用20～30 pF的瓷片電容。

如果單片機(jī)的時鐘采用某一個外接的時鐘信號，則可以按圖2-14 （a）、圖2-14 （b）所示連接。對于AT89S51一般可采用如圖2-14 （b）所示外接時鐘信號。

2．單片機(jī)的時序單位

時鐘電路產(chǎn)生的最小時序單位稱為時鐘周期，它是由石英晶體振蕩器的振蕩頻率決定的，又稱振蕩周期。

將石英晶體振蕩器的振蕩頻率進(jìn)行二分頻，就構(gòu)成了狀態(tài)周期，一個狀態(tài)周期等于兩個時鐘周期。將這兩個時鐘周期稱為兩個節(jié)拍，用P1、P2表示。

6個狀態(tài)周期就構(gòu)成了1個機(jī)器周期，機(jī)器周期是單片機(jī)執(zhí)行一次基本操作所需要的時間單位。6個狀態(tài)依次用S1～S6表示。

單片機(jī)執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期，通常由1～4個機(jī)器周期組成。它是由不同指令來決定時間長短的，附錄B中列出了各種指令所需要的時間。一般AT89S51系列單片機(jī)的指令分為單機(jī)器周期、雙機(jī)器周期及四機(jī)器周期指令。

各時序單位間的關(guān)系如圖2-15所示。

例如：石英晶體振蕩器的頻率為fOSC=12MHz，則有

時鐘周期

狀態(tài)周期=2×?xí)r鐘周期=0.167 μs

機(jī)器周期=12×?xí)r鐘周期=1 μs

指令周期=（1～4）機(jī)器周期=1～4 μs

2.4.3 復(fù)位電路

單片機(jī)的復(fù)位就是對單片機(jī)進(jìn)行初始化操作，使單片機(jī)內(nèi)部各寄存器處于一個確定的初始狀態(tài)，以便進(jìn)行下一步操作。

1．復(fù)位電路的構(gòu)成

要實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，只需在AT89S51單片機(jī)的RST引腳上施加5 mV的高電平信號即可。單片機(jī)的復(fù)位電路有兩種形式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位。圖 2-16 （a）所示為上電復(fù)位，圖2-16 （b）所示為按鈕復(fù)位。

上電復(fù)位是利用電容充電來實(shí)現(xiàn)的，即上電瞬間RST端的電位與VCC相同，隨著電容上儲能增加，電容電壓也增大，充電電流減少，RST端的電位逐漸下降。這樣在RST端就會建立一個脈沖電壓，調(diào)節(jié)電容與電阻的大小可對脈沖持續(xù)的時間進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常晶振為6MHz時，復(fù)位電路元件為22 μF的電解電容和1 kΩ的電阻，若晶振頻率為12MHz時，復(fù)位電路元件為10 μF的電解電容和10 kΩ的電阻。

按鈕復(fù)位電路是通過按下復(fù)位按鈕時，電源對RST端維持兩個機(jī)器周期的高電平實(shí)現(xiàn)復(fù)位的。

2．復(fù)位后各寄存器的狀態(tài)

單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作后，各寄存器的內(nèi)容被初始化。復(fù)位后各寄存器的狀態(tài)如表2-6所示。

由表可知，除SP、P0～P3及SBUF外，其余各寄存器的值均為0。PC=0000H代表單片機(jī)從地址為0處開始執(zhí)行程序。端口P0～P3為FFH表明所有端口鎖存器均被置“1”，可進(jìn)行輸入/輸出數(shù)據(jù)的操作。