任务引入

我们已经了解单片机的部分知识，那么想让它工作起来，为我们服务。现在行吗？不行。我们每天能工作、学习，是因为我们有不断增加的能量和不停跳动的心脏。单片机也一样，它也需要能量和心脏的跳动，怎么办呢？那么我们来给单片机加上能量和心脏等基本装备吧！——单片机最小系统。

任务目标

知识目标：1.掌握单片机最小系统的组成部分及作用。

2.了解单片机工作时序。技能目标：1.能识别和检查单片机最小系统外围元器件好坏。

2.能读懂单片机最小系统的电路图。

3.能正确安装单片机的最小系统。情感目标：1.培养学生良好的工作习惯。

2.培养学生团队意识和集体荣誉感。

任务描述

1.掌握MCS-51系列单片机最小系统及其元器件组成。

2.利用开发板安装出单片机的最小系统，如图1-52所示。

图1-52 单片机最小系统

任务实施

一、任务分析

单片机的运行需要有电源电路、时钟电路、复位电路、EA电路（存储器选择电路）。那么我们动手来让单片机“活”起来吧！

二、器材准备

1）单片机开发板电源部分元器件表如表1-1所示，如图1-53所示为单片机电源部分。

2）单片机开发板复位电路、时钟电路、EA电路部分元器件表如表1-2所示，如图1-54所示为单片机复位、时钟、EA电路部分电路原理图，如图1-55所示为复位、时钟、EA电路部分元器件实物图。

3）单片机开发板PCB板和MCU座元器件表如表1-3所示，如图1-56所示为MCU座，如图1-57所示为PCB板。

表1-1 单片机电源部分元器件表

图1-53 单片机电源部分

表1-2 单片机开发板复位、时钟、EA电路部分元器件表

图1-54 单片机复位、时钟、EA电路部分电路原理图

图1-55 复位、时钟、EA电路部分元器件实物图

表1-3 单片机开发板PCB板和MCU座元器件表

图1-56 MCU座

图1-57 PCB板

三、工具准备

安装基本电路的焊接工具有：电烙铁、镊子、焊锡、松香等，如图1-58所示。

图1-58 安装基本电路的焊接工具

四、制作要求

1.按元器件表清点所需安装元器件。

2.检测所有元器件的特性、好坏。

3.焊接要求(www.daowen.com)

1）焊接元器件整体美观、分布均匀、焊接过程先焊接大件，再焊接小件。

2）焊接过程中严格按照电路施工，注重电解电容的极性、电源的正负极。

3）要求焊接的焊点光滑、饱满、无毛刺，导电性能良好。

4）焊接整体应居中部以底座分布，为以后的电路焊接调试预留布置地方。

五、电路安装

知识链接

单片机最小系统是指单片机能够正常工作所需要具备的基本外接电路，主要包括3个部分：电源电路、时钟电路和复位电路。

一、电源电路

单片机工作所需电源非常重要，不能因为电源比较简单而有所忽视，近一半的故障都与电源有关联，它是单片机能量提供点。单片机正常工作所需电源条件如下：.

VCC（40脚）：电源端，接直流5V。

GND（20脚）：接地端。

二、时钟电路

单片机时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，保证各部件协调一致地进行工作。时钟电路主要包括内部振荡和外部振荡两种方式。

（1）内部振荡方式

内部振荡方式的接法如图1-59a所示，引脚XTAL2和XTAL1间接一只石英振荡晶体及两只电容，便构成一个稳定的自激振荡器。电容的典型值为30pF，MCS-51系列单片机的晶体振荡器频率范围为1.2～60MHz，其典型值为6MHz和12MHz，在通信系统中则常用11.0592MHz。

（2）外部振荡方式

外部振荡方式就是利用外部已有的时钟信号接入单片机内，接法如图1-59b所示。

图1-59 单片机的时钟电路

单片机在设计执行时间及定时器定时时，有几个比较重要的概念需要理解：振荡周期、状态周期、机器周期、指令周期，四者之间的关系如图1-60所示。

1）振荡周期：振荡周期也称为时钟周期，是单片机提供时钟信号的振荡源的周期，用P表示，时间为1/fosc其中fosc代表晶体振荡器（简称晶振）频率。振荡周期是单片机中最小的、最基本的时间单位。

2）状态周期：振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号的周期称为状态周期。状态周期为振荡周期的2倍，用S表示，即为2/fosc。

3）机器周期：完成一个基本操作所需的时间称为机器周期，一个机器周期通常为12个振荡周期，时间为12/fosc。

4）指令周期：CPU执行一条指令所需要的时间称为指令周期，一个指令周期通常含有1～4个机器周期。

图1-60 定时单位时序关系

三、复位电路

复位是单片机的初始化工作，复位后中央处理器及单片机内的其他功能部件都处在一确定的初始状态，并从这个状态开始工作。复位后，程序计数器PC=00H，使单片机从00H地址开始重新执行程序。复位后不会改变片内RAM中低128B的内容，但特殊功能寄存器SFR被初始化，其值见表1-4。

表1-4 特殊功能寄存器SFR初始化内容

单片机系统工作时，复位操作通常发生在：系统开机时的正常初始化，程序运行错误或操作失误使系统处于死机状态。MCS-51的RST引脚是复位信号的引入端，复位信号为高电平有效，其持续时间要保持在24个振荡周期以上（2个机器周期）。若fosc=12MHz，则RST引脚的复位脉冲宽度应超过2μs。为了保证开机时晶振由起振到稳定以及应用系统可靠复位，在设计复位电路时，通常使RST引脚保持10ms以上高电平。

复位的方式有两种：上电自动复位和按键手动复位，如图1-61所示。

图1-61a电源接上瞬间，电容上没有电荷，相当于短路，所以9脚直接接到+5V，即MCU执行复位动作。随着时间的增加，电容上的电压逐渐增加，而9脚上的电压逐渐下降，当9脚上的电压降到低电平时，MCU恢复正常状态。

图1-61b电平复位方式是通过RST端经电阻与Vcc电源相接，在RST端产生高电平实现。

图1-61c脉冲复位方式是利用RC微分电路产生正脉冲来实现。

图1-61 上电自动复位和按键手动复位

四、存储器选择电路

在单片机工作中，数据和程序可以存在单片机中，也可以存在外部存储器中，这必须在工作前对其进行选择。EA是程序存储器的选择控制信号，当EA为低电平时，CPU对ROM的访问限定为外部程序存储器，如图1-62所示；当EA为高电平时，则CPU对ROM的访问从内部0000H～0FFFH地址空间（4KB）开始，并可自动延至外部超过4KB的程序存储器，外部低4KB存储器就不在访问范围内，如图1-63所示。

图1-62 选择外部ROM

图1-63 选择内部ROM