单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。
对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。
1. 晶振电路
电路搭建
晶振电路相当于单片机的心脏，为单片机的工作提供时钟信号
这里电容的作用是为了消除晶振的起振电感，维持单片机系统工作的稳定。可选择两个30pf的电容匹配12MHZ的晶振。
相关概念
时钟周期
时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。
时钟周期的计算：已知晶振频率
f
o
s
c
=
12
M
H
Z
f_{osc}=12MHZ
fosc=12MHZ，时钟周期T=1/
f
o
s
c
f_{osc}
fosc=83.3ns。
机器周期
CPU完成一个基本操作，如取指令、读写数据，所需的时间。一个机器周期一般等于12个时钟周期。12个时钟周期可分成6个状态S1~S6，每个状态又由两拍表示P1,P2。如可用S2P1，来表示一个机器周期里的第三个时钟周期。
指令周期
指完成一条指令所需的时间。一个指令周期由若干个机器周期组成。简单的单字节指令的指令周期可能只需要一个机器周期的时间；一些复杂的多字节指令的指令周期可能只需要几个机器周期的时间。
2. 复位电路
电路搭建
实现功能：给RST引脚加上超过2个机器周期的高电平，即可实现单片机的初始化
复位电路定性分析
- 上电复位功能
- 复位开关断开，单片机上电RST置1，触发复位。经过一段时间后电容充满电，RST置0，单片机开始从头运行程序。
- 按键复位功能
- 复位开关闭合，电容被短路，RST置1，触发复位。
复位电路定量分析
设定输入r为单片机以5v供电输入，输入c为电容与电阻之间的节点
电容容量为C1，电阻阻值为R1。
可得系统的传递函数为：
G
(
s
)
=
U
o
U
i
=
R
1
1
C
1
S
+
R
1
G(s)=\frac{U_{o}}{U_{i}}=\frac{R_{1}}{\frac{1}{C_{1}S}+R_{1}}
G(s)=UiUo=C1S1+R1R1
将
C
1
=
10
u
f
C_1=10uf
C1=10uf，
R
1
=
10
k
R_1=10k
R1=10k，
U
i
(
s
)
=
5
s
U_i(s)=\frac{5}{s}
Ui(s)=s5带入得
U
o
(
s
)
=
5
s
+
1
C
1
∗
R
1
=
5
s
+
10
U_o(s)=\frac{5}{s+\frac{1}{C_1*R_1}}=\frac{5}{s+10}
Uo(s)=s+C1∗R115=s+105
方程两边同时拉式反变换得
U
0
(
t
)
=
5
∗
e
−
1
C
1
∗
R
1
t
=
U
0
(
t
)
=
5
∗
e
−
10
t
U_{0}(t)=5*e^{-\frac{1}{C_1*R_1}t}=U_{0}(t)=5*e^{-10t}
U0(t)=5∗e−C1∗R11t=U0(t)=5∗e−10t
通过simulink仿真可得到
U
o
U_o
Uo的响应
根据芯片手册，当电压>2.8V时为高电平，当电压<0.8V时为低电平。
如图可得RST处的高电平持续时间在0.2~0.3s>两个机器周期的时间可实现复位。
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