51单片机之最简系统

51单片机之最简系统

题外话

现在才发现写一个博客有多难坚持，主要还是没人关注。如果没人关注就感觉自己的付出没有意义，也没有什么成就感。难怪那么多博主总是说，读者的支持是坚持下去的最大动力。加油，菜鸟也要努力坚持！

电源

这个就不需要太多解释了，没有电源是不可能正常工作的。关键问题在于单片机需要什么样的电源，又应该接在什么那个管脚（引脚）上？见下图：

通常我们给一个芯片的管管脚标序号时，使半圆形缺口朝上，逆时针从1开始，依次编号（不仅仅是单片机，很多的芯片都是这样给管脚标序号的）。对于STC89C51RC系列的5V的单片机，供电范围在5.5V-3.3V；3V的单片机，供电范围在3.8V-2.0V（这些信息都可以在官网的数据手册中查到）。针对于常用的5V单片机，电脑的USB口刚好就是5V的，通过下载电路就能供电了，而3V的单片机，下载器也有对应的电源接口。
如果我们制作自己的作品的时候，考虑到需要用电池供电，我们就不得不自己设计一下我们整套的电源电路，如果使用市面上常见的1.5V干电池，大概需要的3节（4.5V），如果用像18650这种的锂电池（4.2V-3.7V），一节就够了。当然了，这只是考虑到单片机的供电，有些模块如果需要3.3V的电压，就需要用到像ASM1117这种的稳压器了。

时钟信号

为什么需要它

说到这个，就不得不举一些例子了。军队行军的时候，需要一个领队的来喊口令，“121”，这样才会是每个人的步伐一致，上下一心。同样的道理，单片机执行命令的时候，可能部分电路任务简单，执行的快，有的电路任务重，执行的慢。这就需要有一个信号来把所有的士兵们统一起来，这个信号就叫时钟信号。可想而知，时钟信号的频率决定了单片机的速度，STC89C51系列的单片机甚至支持0~80M的时钟频率（查手册就可以知道）。

晶体or晶振

这的确是两个很容易搞混的概念，有时候有对这两个概念不加区分，其实晶体才是我们常说的那个东西，具体信息可以参考这篇文章
https://blog.youkuaiyun.com/tq384998430/article/details/53905584
在电路中通常是这样设计的（官方手册中的）

两个小竖线便是电容（陶瓷的），中间那个表示晶体。关于这些参数选择都已查找相应的手册。

三个周期

时钟周期：也就是振荡周期，指的是始时钟频率的倒数。
机器周期：单片机完成一项基本操作（取指令，读寄存器等）需要若干个时钟周期。在12T模式下，一个机器周期包含了12时钟周期：在6T模式下，一个机器周期包含了6个机器周期。STC12/15系列还支持1T模式。
指令周期：一条基本的汇编指令的指令周期包含若干个机器周期。比如一个简单的空指令（nop）就只需要一个机器周期，计数器也是每隔一个机器周期加1。但是其他的指令可能会包含2个或者更多机器周期。
注意：这里说的一条指令并不等同于C语言里面的一条语句。实际上C语言的一条语句编译后是好几条汇编语句。

一个简单的延时程序

接下来我们来一个计算。如果单片机需要1s的延时（比如说让某个LED亮1秒，灭1秒），我们怎么通过程序实现呢？

有两种方法，我们先讲一种简单的（另一种我们在讲定时器时再说）：
假设我们使用的是12Mhz的晶体，那么
时钟周期$$\frac{1}{12Mhz}=\frac{1}{12}us$$
机器周期（12T模式）$$\frac{1}{12}us\ast 12=1us$$
指令周期
对于nop空指令，只占用一个机器周期，也就是1us。那我们立刻想到，需要延时1s的话，那我们用1 000 000个空指令不就行了么。确实是这样的，但是你想想一个延时塞一百万个空指令也太2了，估计会被后来人好好的嘲笑一番。机智的小伙子立马想到，这太简单了，用循环不就搞定了么。确实需要循环，但有一点问题，一个循环到底包含多少条指令我们是不知道的，这就需要借助STC提供的烧录工具了，对于软件延时，这个软件能够精确地帮你计算好，甚至连误差都有，并提供C代码（简直是神器）。
但是在选择的时候，注意晶振的选择，还有适用于STC89C52单片机的指令集的选择。

也有可能你会遇到这种问题，这一个函数_nop_()无法识别。你需要在头文件加上#include <intrins.h>，这个头文件里包含了一些移位，测试这样的汇编指令，能够让你在C语言中使用。当然了，如果你不是特别在乎这1us，删掉岂不是更简单。

复位电路

在接上电源的时候，我们希望程序从最开始的地方执行，这是一个很朴素的愿望。或者有时候程序卡住了，我们希望从头开始，这就牵扯到复位的问题。这两种复位的方式通常称为上电复位，按键复位。单片机的9号引脚（RST，reset）就是用来复位的，当这个引脚接收到一定时间的高电平时，就会复位。
可以用以下电路实现

其中原理可以这样解释：在接通电源瞬间，电容相当于导通，此时RST引脚为高电平，然后电容充电，RST引脚的电压逐渐降低，充电完成，电容相当于断开，RST始终为低电平。
当电容并联上一个按键时，按下按键，RST也能达到高电平，同样起到了复位的作用。

外部程序存储器访问控制

说到这个，就不得不提一提以前的条件有多差了。那时候（上个世纪八九十年代）的51单片机，单片机里面没有给的程序太多空间，就把程序放在了外部存储器上，所以需要一些引脚和外部的存储器的连接，而单片机的的31号引脚$\overline{EA}$/VPP就指定了，当单片机执行完内部的程序时，会不会访问外部的程序。如需要，就需要把该引脚接低电平，否则接高电平。

值得注意的是，对于这个写法，$\overline{EA}$/VPP，带有上划线的表示低电平有效，在其它地方也会经常看见这种表示方法。

因为外部存储访问在现在来说实在是太鸡肋了，也几乎没有人用，内部程序存储器也够用了，STC就默认上拉了（接高电平）。实际应用时，把这个引脚悬空就行。这在自己制作最简系统时会简单一点。

附录

最后，补上我提到过N次的数据手册：
http://www.stcmcudata.com/datasheet/STC89C52.pdf