单片机入门：最小系统 晶振 复位电路与电源详细讲解

学单片机走过许多弯路，挖过许多坑，浪费了很多时间，做过实际产品后回顾过去的学习经历，发现很多坑其实是可以避免的，单片机的入门应该可以更轻松一点，写写我的一些学习经历，希望对刚入门甚至还没有入门的新手有所帮助，心愿足矣，水平有限，求老手轻拍……

单片机的学习，模电数电是最基本的，也是最重要的，构成单片机最小系统的三个要素，是电源，晶振和复位电路，话说这是之前的STC89C52单片机了，现在的STC15系列，晶振和复位电路都内置了，但是电源还是要有的，我们就以这2者做对比来学习，看看有何不一样的地方。

电源

通过查看单片机的型号可知，STC89C52RC的供电电压范围在3.3V-5.5V之间，STC15W1K16PWM这款芯片的供电电压范围在2.4V-5.5V之间，他们都可以用5V供电，后者可以用3.3V来供电，STC89C52RC这块片之所以还没有退役，还是因为学习者大多以他作为学习入门，在实际项目中，我只见到过一次，某天，老板从库房里拿出2管STC89C52，大概几十片，问我还能不能用上，我只呵呵了一下。

言归正传，我们既然确定用5V来供电，那么电源是如何产生呢？我们知道可以用变压器来搞定，比如在TB上搜220V转12V变压器12W,就搜到了，变压器直接输出的是交流电12V，我们没法用啊，于是还需要整流，滤波，稳压等等，整流需要二极管，这里我们选择桥式整流，选择4只1N4007，规格1A 1000V就好了，这个1A指的是最大整流电流，这个1000V指的是最高反向工作电压，这样经过桥式整流之后，输出的电压是脉动的直流电压，已经有正负极性了，但是我们还是不能用，交流成分实在是太大，因此还需要加一个容量稍大些的电解电容，

比如1000UF/35V,电容的耐压值得选取应该大于1.1*1.414*12，电网电压也是波动的，预留出10%就好了，根据电容容量计算公式，计算出容量在1000UF-2000UF是合适的，12W的变压器，我们只要输出500MA的电流就够了，这样的设计是完全满足我们的需要的。电路图如下：

图中的C1，C3容量较大，作用是用于滤波，C2是消除自激震荡，高频干扰，C4也是消除噪声等高频干扰，三端稳压芯片用的是LM7805，非常常见的电路了，后面加了一个TVS，这个在实际项目产品中是必须要加的，瞬态抑制二极管，如果电压高于5V，会瞬间动作，保护后级电路，带CA的是没有方向的，直接插上就可使用，后面用了个LED红色的小灯，我们知道小灯就是一个二极管，不过发光二极管和普通的二极管的压降是不一样，像这种红色的，一般压降在1.8-2.0V可以正常工作，电流在4-20MA，如果超出这个数值，基本就烧坏了，R1是限流电阻，限制LED的电流，我选择5MA的工作电流，5/0.005 = 1K欧姆，就是这么来的，这样，电源部分就搞明白了，我们获取了5V的电源。

晶振

晶振，顾名思义，晶体振荡器，这就好比人的心脏啊，提供整齐划一的节拍，如果这个东西不准，或者不起振，单片机玩不转的，在STC89C52上，是必须要加晶振电路的，如图所示这样：

2个20PF的电容是帮助晶振起振的，维持信号稳定，Y1是无源晶振，啥叫无源呢？指的是没有震荡源，也就是说他自己单独玩不转的，需要内部的RC电路配合，产生一个十分稳定的时钟信号源，跟无源相对就是有源晶振了，这个价格相对来说贵一些，一般4个引脚，VCC,GND,OUT,NC，NC是直接悬空的，当给有源晶振供电以后，在其OUT端，会产生一个方波信号，直接接在XTAL1上就好，XTAL2可以悬空不接，当然这里是指STC89C52，我记得之前用STM32F103RCT6这款芯片做产品电磁兼容测试，因为有源晶振辐射超标，再加上电路布局不合理，过不了电磁兼容，没有办法，只好把晶振搞掉了，但是就算晶振换下来了，这个引脚还是可以造成干扰的，于是就配置成普通IO，然后接电阻下拉接地才过了，这都是经验教训啊。

常用复位电路

复位电路，是用来在单片机执行异常的时候，可以让他从头开始执行程序，STC89C52RC这款芯片是高电平复位，低电平正常工作，电路图如下所示：

来解析下这个电路图，先来看STC89C52RC,我们知道电容的特性是通交隔直，电容是个储能元件，储存的是电场的能量，在没有电到上电的瞬间，电容肯定要充电的，这个时候电容就短路成一根导线了，RST端就被拉到了5V，执行复位指令，当电容充满电后，会断开连接，RST引脚会被10K电阻下拉到低电平，所以电路开始正常的工作，之所以接上按键以及100R的电阻，是可以手动复位，当按键按下的时候，RC并联，我们知道，电阻是消耗电能的，会瞬间把电容里面的电能释放掉，具体的时间计算，可以看电路基础第4版，127页，一阶电路的零输入响应，计算比较麻烦，有一个时间参数，T = RC（念TAO，不会打），单位是秒，T的大小反映了一阶电路过渡过程的进展速度。我们只要知道电容会瞬间释放就好了，手动复位之后，电容又开始了充电断开正常工作的过程，就是这样。

51单片机和STM32不同，STM32是低电平复位，高电平正常工作，这儿原理是一样的。

好了，单片机学习最基础的部分，已经了解了，接下来，就可以动手干点别的事情了……希望此篇文章对刚入门的你有所帮助。

全是干货！！单片机最小系统详解

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.

下面给出一个51单片机的最小系统电路图.

说明：

复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍.

晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作)

单片机:一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机

特别注意:对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行.这一点是初学者容易忽略的.

一、复位电路

复位电路的用途

单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。

单片机复位电路如下图：

复位电路的工作原理

在书本上有介绍，51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2US就可以实现，那这个过程是如何实现的呢?

在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。

开机的时候为什么为复位

在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍(单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V)，需要的时间是10K*10UF=0.1S。

也就是说在电脑启动的0.1S内，电容两端的电压时在0~3.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少(串联电路各处电压之和为总电压)。所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位(RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右)。

按键按下的时候为什么会复位

在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。

二、总 结

1、复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。

2、按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。

三、51单片机最小系统电路介绍

1.51单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。

2.51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。

3.51单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好4.P0口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻，阻值一般为10k。

设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数(1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12)。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。

设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2 ms。

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