一、时钟电路与时序

1.时钟信号的产生

在MCS－51芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，如图1.23所示。

图1.23　8051时钟电路

时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。一般地，电容C1和C2取30 pF左右，晶体的振荡频率范围是1.2～12 MHz。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。8051在通常应用情况下，使用振荡频率为6 MHz或12 MHz。

2.时序

时序是用定时单位来说明的。8051的时序定时单位共有4个，从小到大依次是：节拍、状态、机器周期和指令周期。

（1）节拍。

把振荡脉冲的周期定义为节拍，用P表示。

（2）状态。

振荡脉冲经过二分频后，定义为状态，用S表示。一个状态包含两个节拍，其前半周期对应的节拍叫P1，后半周期对应的节拍叫P2。

（3）机器周期。

完成一个基本操作所需要的时间，MCS－51系列单片机采用定时控制方式，有固定的机器周期。规定一个机器周期的宽度为6个状态，即12个振荡脉冲周期，因此机器周期就是振荡脉冲的十二分频。

当振荡脉冲频率为12 MHz时，一个机器周期为1 μs；当振荡脉冲频率为6 MHz时，一个机器周期为2 μs。

（4）指令周期。

它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。每条指令执行时间都是由一个或几个机器周期组成。MCS－51系统中，有单周期指令、双周期指令和四周期指令。(www.daowen.com)

当单片机的时钟系统工作正常的时候，在ALE引脚可以观察到稳定的脉冲信号，其频率为晶振频率（fosc）／6。

二、单片机的复位电路

单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC＝0000H，使单片机从第一个单元取指令。单片机复位的条件是：必须使RST引脚（9）加上持续两个机器周期（即24个振荡周期）的高电平。例如，若时钟频率为12 MHz，每机器周期为1 μs，则只需2μs以上时间的高电平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常见的复位电路如图1.24所示。

图1.24　单片机常见的复位电路

图1.24（a）为上电复位电路，它是利用电容充电来实现的。在上电瞬间，RST端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RST的电位逐渐下降。只要保证RST为高电平的时间大于两个机器周期，便能正常复位。

图1.24（b）为按键复位电路。该电路除具有上电复位功能外，若要复位，只需按下S按钮，此时电源VCC经电阻R1、R2分压，在RST端产生一个复位高电平。复位后，内部各专用寄存器状态见表1.7。

表1.7　各寄存器复位后的状态

其中，×表示无关位。请注意：

（1）复位后PC值为0000H，表明复位后程序从0000H开始执行。

（2）SP值为07H，表明堆栈底部在07H。一般需重新设置SP值。

（3）P0～P3口值为FFH。P0～P3口用作输入口时，必须先写入“1”。单片机在复位后，已使P0～P3口每一端线为“1”，为这些端线用作输入口做好了准备。

三、单片机最小系统

单片机最小系统就是指在尽可能少的外部电路条件下，能使单片机独立工作的系统。由于8051内部已经有4KB的Flash ROM及128B的RAM，因此只需接上时钟电路和复位电路就可以构成单片机的最小系统，如图1.25所示。