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淺談單片機(jī)最小系統(tǒng)
我們已經(jīng)大概知道了單片機(jī)是一個什么東西，那么接下來我們就正式開始單片機(jī)的學(xué)習(xí)吧。
單片機(jī)是一門實踐性很強(qiáng)的課程，假如單純的去學(xué)習(xí)理論知識，而不實踐，是很難完全把握單片機(jī)的。
單片機(jī)雖然是一個只能化的集成芯片，其本質(zhì)上還是一個電子元件的。既然是電子元件，那么，就必須在一定的電路中才能運(yùn)行起來，才能實現(xiàn)它的功能。這就像電阻一樣，如果把一個電阻獨(dú)立的放著，是沒有任何意義的，只有將電阻接在電路中，才能實現(xiàn)它的功能，畢竟是分壓，分流，還是限流，還得看詳細(xì)電路。
單片機(jī)里雖然集成了很多電路，但仍舊不能獨(dú)立運(yùn)行，必須要外連一些電路，才能使單片機(jī)運(yùn)行起來。這種能使單片機(jī)工作的最簡電路，我們叫做單片機(jī)最小系統(tǒng)。圖2-1中，有40個引腳的就是AT89C51單片機(jī)，這是單片機(jī)家族眾多型號中的一種，為什么選擇這個單片機(jī)來學(xué)習(xí)呢，是因為這款單片機(jī)的核心是MCS-51單片機(jī)，而MCS-51單片機(jī)是一款非常經(jīng)典的單片機(jī)，簡樸易學(xué)，而且資料非常豐富。當(dāng)然，如果有特別的需求，也可以選擇其他的單片機(jī)進(jìn)行學(xué)習(xí)。
閑話少說，現(xiàn)在我們就來分析圖2-1所示電路。
首先，我們來看看單片機(jī)的時鐘電路，如上圖用紅圈包著的并且有晶振兩字的部分。通過連接一個晶振和兩個30pF的電容，構(gòu)成了單片機(jī)的時鐘電路。晶振是一種能夠輸出穩(wěn)定的震蕩周期的元件，通過它，單片機(jī)才能有了時間的概念。
不過晶振并不能獨(dú)立的使用，必須配合合適的負(fù)載電容，否則會產(chǎn)生錯誤，或者是使晶振不能工作。
負(fù)載電容的選擇可以根據(jù)單片機(jī)的技術(shù)文檔上的說明來選擇。對于51單片機(jī)一般選擇不大于40pF的瓷片電容。既然我們知道由晶振和晶振負(fù)載電容組成的時鐘振蕩電路，那么為什么要加這個電路呢？
我們來看一個例子：
一個人在某一時刻，在正常情況下是只能做一件事請（當(dāng)然三心二意的不算），可是一個人卻不可能一整天就做一件事啊，于是我們得把這一天需要做的事按照某一個時間順序進(jìn)行安排，那么用什么東西來對時間進(jìn)行劃分呢？智慧的古代人在很早就是用了日晷來進(jìn)行時間的標(biāo)記，通過日晷，將一日劃分成12個等分，就是我們常說的時辰。有了，時辰這個時間概念，我們就可以方便的進(jìn)行時間安排了單片機(jī)是一個智能設(shè)備，能處理很多事情，那么這些事情的安排，又是怎樣實現(xiàn)的呢？
為了給單片機(jī)一個“日晷”，我們使用了能夠輸出振蕩時鐘的晶振。通過晶振輸出的時鐘脈沖，來安排單片機(jī)的工作。于是，我們就能對單片機(jī)做一些安排，第一個時鐘脈沖出現(xiàn)，單片機(jī)做什么，第二個時鐘脈沖出現(xiàn)，單片機(jī)又做什么？……第n個時鐘脈沖出現(xiàn)，單片機(jī)又做什么……一直這樣的安排下去，我們就能通過使用單片機(jī)來實現(xiàn)我們想要做的事了，而我們這種安排從專業(yè)的角度上來講就叫做編程。
其次，我們來看看，51單片機(jī)的復(fù)位電路，它由一個10uF的電容和一個4.7K的電阻組成。為什么要這樣接線了，原因是這樣的：在設(shè)計51單片機(jī)的時候，規(guī)定在51單片機(jī)的第9引腳為復(fù)位功能引腳。當(dāng)在這個引腳有連續(xù)兩個以上機(jī)器周期（2us以上）【注2】的高電平時，這個單片機(jī)就會復(fù)位。而我們的電路設(shè)計是，電容充電的瞬間，是導(dǎo)通，在這個瞬間，電流通過電容器，然后想電阻方向放電，此時，電容的“-”端就能有一個很高的電勢，在高于3V的情況下，均可認(rèn)為是高電平。而電容的充電是有時間的，當(dāng)選擇合適的電容，其充電時間會大于2us，這時，復(fù)位的條件就成立了。當(dāng)然，我們?yōu)榱四軌蚋€(wěn)定的復(fù)位，我們經(jīng)常會把單片機(jī)的復(fù)位引腳的高電平時間控制得更長一點，通常會達(dá)到ms級別。
你也許會問，為什么要復(fù)位呢？
在我回答你的問題之前，我先反問你幾個問題，如果能將這幾個問題解決了，那么你的答案也能夠找到了。
問題1：當(dāng)你要做一件事的時候，是希望從什么地方開始？是重最初位置開始，還是中間階段亦或者是末尾階段。
問題2：當(dāng)你的機(jī)器出現(xiàn)故障了，你希望他能還能回到正常工作？
顯然，我們在開始工作或是出現(xiàn)故障時，都希望能回到原來的初始狀態(tài)下。
那么，我們的答案躍然紙面，復(fù)位的作用是時單片機(jī)的工作能回到設(shè)定的最初工作狀態(tài)下開始工作。
知道了復(fù)位和晶振電路，現(xiàn)在讓我們來看看，單片機(jī)右邊的電路，該電路時將單片機(jī)的31引腳EA上接到電源VCC端。
在單片機(jī)的引腳定義中，EA口是訪問外部存儲器使能端，因為在“EA”這兩個字母上加了一個橫線，就表示，在該引腳，是低電平有效，（在數(shù)字電路數(shù)，常用這種方法表示，如果字母上邊沒有橫線，就表示高電平有效，有橫線，就表示低電平有效）即當(dāng)“EA”引腳為低電平時，就直接訪問外部存儲器。
當(dāng)EA引腳為高電平時，訪問內(nèi)部存儲器，當(dāng)要訪問的存儲器地址，超出內(nèi)部存儲器的地址范圍時，自動會訪問外部存儲器相應(yīng)的地址。
我們現(xiàn)在使用的單片機(jī)，我們學(xué)習(xí)用的單片機(jī)是有內(nèi)部存儲器的，其存儲器空間為4kb，為了不浪費(fèi)這些存儲空間，我們就將EA引腳直接接高電平，這樣單片機(jī)會首先運(yùn)行內(nèi)部存儲器的程序。不過，有一種單片機(jī)除外，那就是8031單片機(jī)，該單片機(jī)也是基于8051單片機(jī)內(nèi)核的，不過，在設(shè)計這種單片機(jī)時，是沒有將存儲器集成在單片機(jī)里邊的，需要外置存儲器，這時，這必須將EA引腳接地，否則，該單片機(jī)沒辦法工作。
常常有人說，單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)是整個系統(tǒng)中最重要的部分，可是我卻覺得并不是這樣的，既然是一個系統(tǒng)，那么系統(tǒng)中的各部分都是統(tǒng)一不可分割的，缺了任何哪一部分，單片機(jī)系統(tǒng)就不能正常的工作。就像一個人身上，并不是除了大腦其他器官就都不怎么重要一樣，事實上其他器官也非常重要。
單片機(jī)是一個電子設(shè)備，所以必須要有電源才能工作，否則，任你能力再強(qiáng)，也就一個小小什么都不是的“黑色百腳怪”。
我們使用的51單片機(jī)需要在+5V的直流電的壞境下，才能夠穩(wěn)定的工作（并不是所有的單片機(jī)都是工作在+5V，有的低電壓單片機(jī)的工作電壓為3.3V，有的甚至更低）。而在直流電源中，一般會有正電源和地兩根線。單片機(jī)的接+5V的引腳為40引腳VCC，而接地引腳為20引腳GND。
供應(yīng)單片機(jī)工作的+5V直流電源，必須是很穩(wěn)定的，否則可能會導(dǎo)致單片機(jī)頻頻復(fù)位，這在單片機(jī)正常工作中，是必須避免的，除非是有特定需要或者是出現(xiàn)故障。
單片機(jī)時鐘周期
在幾十年前，因為技術(shù)原因，單片機(jī)的速度很慢，晶振的時鐘脈沖相對于單片機(jī)來說太過迅速，無法做到來一個脈沖就執(zhí)行一條指令，為了解決這個問題，我們偉大的工程師就做出了一點點改進(jìn)，設(shè)定為幾個脈沖出現(xiàn)，才執(zhí)行一次指令，這樣，單片機(jī)的速度就能夠按照時鐘工作了。
這就像秒對于我們一般人來說，也太過細(xì)，我們在日常工作中很難精確到秒，為了解決這一問題，就出現(xiàn)了分和小時這些時間概念。
在51單片機(jī)中，晶振輸出的脈沖周期為脈沖周期，12個脈沖周期為機(jī)器周期，單片機(jī)工作時間的最小單片機(jī)是機(jī)器周期。