51单片机最小系统原理分析

51单片机组成+各个元器件作用

51单片机最小系统主要由时钟电路，复位电路和供电电路组成。图如下所示：

1.时钟电路
时钟电路的作用在于给系统提供时钟信号。
如上图所示，时钟电路由Y1,C2,C3三个元器件组成，分别为11.05902晶振和两个30pf的电容。至于为什么如此取值呢，通过查找资料，可知大致的原因如下所示：
1）晶振取值晶振可以选用不同的参数，常见的由12MHz和11.0592MHz这两种，前者适合要求定时器延时较为精准的场合，后者适用于要求串口通信的场合。
众所周知，单片机中，一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期（即晶振的振荡周期）。
PS：
【
机器周期：单片机完成一个完整的具有一定功能的动作所需要的时钟周期
状态周期：单片机芯片从一个状态转移到另一个状态所需的时钟周期
振荡周期：振荡现象重复出现的时间间隔。晶振的振荡频率表示1s振荡多少次，以12Mhz为例，即1s振荡12M次。因此振荡周期为1/12M
】
由上知所列举晶振的振荡频率为12Mhz或11.0592Mhz。而由于时钟周期=1/振荡周期。
可得下表

晶振振荡频率/Mhz	时钟周期/us
12	1
–	–
11.0592	约1.0851

为什么市场上多数51单片机使用的都是11.0592Mhz的晶振呢？我认为，这个跟51单片机的定时器相关。关于51定时器的介绍，请看定时器详解

言归正传了，本文想要构造的是一个最小单片机系统，大的框架已经确定，即一个单片机系统倘若要工作，则需要配置时钟电路，复位电路，以及供电电路。供电电路不必说，据我所只，所有的电子器件都只能在电源的支持下工作。不同的单片机芯片的供电电压不同。本文介绍的STC89C52的供电电压范围为3.3V~5.5V.因为若采用3.3V供电，很可能由于接入的外围设备多了，会分压而导致电压不稳，使单片机不能正常工作，因此该芯片常用5V供电。关于复位电路，既然如此，便需要考虑到元器件的选型。关于晶振的选型，在上文已经做了详细说明。关于时钟电路这一部分，还有两个重要的元器件，即两个电容。查资料可知，这两个电容的值必须相同，而且取值在20pf-30pf之间。为什么是这样取值呢？这两个电容起的作用到底是什么呢？（PS:晶振本身并不产生时钟，起到稳频的作用。）
两个电容影响晶振的谐振频率和输出幅度。（PS：石英晶振的工作原理是：当在晶振两端加上交流电压时，晶振会产生机械振动，当交流电压频率与晶振频率相等时，机械振动会加剧。判断是否起振的方法为：红表笔接XTAL1/XTAL2，黑表笔接地，若电压为1/2Vcc，则起振成功。）
我在测试的时候，发现晶振两端的值是交流电压，但据我所知单片机的供电方为电脑USB接口，而电脑USB接口输出的电为直流电，那晶振的如果是交流电供电的话，好像上文有点相互矛盾。因此，去查了无源晶振的工作原理，想知道为什么供给单片机的是直流电，到了晶振两端就变成了交流电了。原来晶振可以等效为一个LC振荡电路。品质因数Q很高，可以理解为只有单一的正弦频率信号能通过，直流电是为了给放大器供电并提供偏置电压。晶振与放大器通过正反馈构成一个滤波-放大的闭环回路，便可以输出稳定的正弦波了。引用下知乎某位网友的回答。
粗略的说：如果把放大电路的输入和输出相连。你就得到了一个正反馈信号生成电路。这个电路会把电路自身的噪音放大。
噪音里面包含所有频率，所以相当于你生成了全部频率。这个时候串上一个石英，石英只会和她固有频率的电波共振。
也就是说只能让和石英固有频率相同的电波通过。石英在这里作为了选频器。最后剩下的最大信号就是石英频率了。——知乎网友雷电法王特斯拉

无源晶振，主要由石英晶体组成，其工作原理为在石英水晶片两极镀上电极，并给两边加上电压，由于石英具有压电效应，电压一产生便形成了形变，从而给IC提供了一个正弦波形。通过IC内部整形和PLL电路后形成方波，供给下级电路。
（PS）：压电效应：某些电介质沿一定方向受到外力作用而变形时，内部会产生极化现象。其相对表面出现了正负相反的电荷，当外力撤掉后，又恢复不带电的状态。

根据引用的回答以及无源晶振的工作原理，关于晶振的相关原理，就十分容易理解了。首先，晶振本身不产生时钟信号，只起到一个稳频的作用对吧。单片机给一个放大器供电，

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