3.8 诠释单片机最简系统

3.8.1 单片机最简系统

既然称为最简系统，也就意味着使用最少的外围元器件让单片机能够工作。AT89S51单片机的最简系统如图3-24所示，首先，单片机的VCC、GND接+5V以获得工作电源。此外，还多出了两个部分，一个是复位电路，另一个是振荡器。最后还有一个细节，就是单片机的 也接到了+5V上。接下来我们分别学习一下最简系统中的知识。

3.8.2 电源端（VCC、GND）

AT89S51的VCC（40管脚）和GND（20管脚）分别为电源端和接地端，根据Atmel公司的技术文档，AT89S51的供电电压范围为直流+4.0～+5.5V。通常我们会用+5V向AT89S51单片机来供电，方法就是用3.6中的任意一种方案。

在图3-24中，所有具有同名的电源标号或网络标号之间是连通的，只是为了电路图的美观，没有把这些连通的节点全部连接起来。比如电源标号“ ”之间、接地符号“ ”之间是电气连接的，所以图3-24又可以画成图3-25的形式，只是不太美观。翻开后面的任何一幅电路图我们会发现大量的具有相同电源标号、接地等节点都没有连接起来，但是在实际电路制作中，相同标号的节点都应该是连接在一起的。

3.8.3 时钟信号端（XTAL1、XTAL2）

AT89S51单片机的XTAL1端（19管脚）、XTAL2（18管脚）内部有一个片内振荡器结构，但仍然需要在XTAL1和XTAL2之间连接一个晶振Y1，并加上两个容量介于20～40pF的电容C1、C2组成时钟电路，如图3-26所示。单片机上电后，用示波器可在XTAL1管脚观察到频率与晶振频率相同的方波信号。

像图3-26这种使用晶振配合产生时钟信号的方法称为内部时钟方式。晶振的频率决定了该系统的时钟频率，比如晶振频率选择12MHz，那么单片机工作的频率就是12MHz。根据系统对速度的要求，一般可以选择1.2～12MHz的晶振。通常我们使用12MHz的晶振，而有的单片机可以运行在更高的频率，如20MHz，那就可以使用20MHz的晶振。

AT89S51单片机还可以工作在外部时钟方式下，这时，可向单片机的XTAL1端输入时钟信号（方波），而将XTAL2管脚悬空，如图3-27所示。输入的时钟信号频率决定了单片机的工作频率，这种方式称为外部时钟方式。

也许有朋友会问，既然单片机的XTAL1管脚能输入方波信号作为单片机的时钟信号，那为什么还需要内部时钟方式并添加晶振和电容来提高成本呢？原因是单片机的内部振荡器能与晶振、电容构成一个性能非常好的时钟信号源，而如果要产生这样的信号作为外部时钟信号输入到单片机中，则需要添加的器件远不止1个晶振和2个电容这么简单。这就是为什么单片机系统中大多使用的是内部时钟信号。

3.8.4 复位端（RST）

AT89S51单片机的RST端（9管脚）是复位端，RST是单词复位“reset”的缩写。当向RST端输入一个短暂的高电平单片机就会复位，复位后单片机从头开始执行程序。如果在单片机执行程序的过程中触发复位，则单片机立即放弃当前操作而被强行从头开始执行程序。

最简单的复位电路就是在RST端与电源端之间连接一个10μF左右的电解电容，如图3-28所示。单片机上电瞬间，电容C3的正极电压瞬间变为+5V，C3对于这个瞬间的电压突变相当于短路（隔直通交），于是+5V（高电平）相当于直接加到了单片机的RST端上。正是这个加在RST端的瞬间高电平使单片机复位。很快，电容C3充满电，在电路中相当于断路，于是RST端电平由高转低，单片机随即开始执行程序。

有时，只使用一个电解电容的复位电路可靠性不高，所以图3-30给出两种较好的复位电路。其中，图3-29（b）的按钮开关S1可对单片机实现手动复位，当按下S1时，RST端获得复位信号（高电平）而使单片机复位，此时无论单片机在进行什么操作都得乖乖的从头开始执行程序。

3.8.5 外部程序存储器访问控制端（ ）

在如图3-24所示的最简系统中还有一个值得注意的地方，那就是AT89S51单片机的 端（31管脚）接了高电平。 是单片机的外部程序存储器访问控制端，顾名思义， 的电平控制着单片机是否去访问外部程序存储器。关于访问外部程序存储器的内容16章会详细谈到，现在可先大致了解一下。

接高电平，单片机执行本单片机内部程序存储器中的程序，并在读取完内部程序存储器地址为0FFFH上的数据后自动转向读取外部的程序存储器；如果 管脚接低电平，则单片机访问的全部是外部程序存储器。 控制端就好像学校图书馆的大门，如果大门打开（接高电平），我们就可以进入学校的图书馆读书；如果图书馆的书被读完，我们自然会离开学校的图书馆到学校以外的图书馆去读书。但如果学校的图书馆大门关闭（接低电平），我们只好直接到学校以外的图书馆去读书了。

另外，“ ”这种表示方法值得谈一谈，以后的单片机学习或其他电路的学习中都有可能遇到这种带斜线“/”的表示方法。一般来说，带“/”的名称表示该管脚具有两种功能，一种功能是“/”前面的字母表示的功能，另一种则是“/”后表示的。比如“ ”中，“/”前的是 ，“EA”是“external access”的缩写，意思是“外部访问”，那为什么EA上还加一个小横线？这是代表“低电平使能”的意思。也就是该管脚接低电平时“外部访问”功能才被允许；如果接的是高电平， 失效，单片机读取的是内部程序存储器中的数据。

而“ ”中，“/”后的“VPP”描述的是该管脚的第二种功能。VPP的意思是“编程/擦除电压”，即单片机用于下载程序时所需要的12V编程使能电压。在AT89S51单片机的管脚上，还有一些带“/”的管脚名称，如 （30管脚）、P3.0/RXD （10管脚）等，后面会把这些功能一一谈到。

回到如图3-24所示的最简系统上，由于在最简系统中没有外接存储器，所以将 端接高电平，单片机上电复位后直接读取的是内部程序存储器中的程序。

3.8.6 从最简系统出发

如图3-24所示的最简单片机系统是所有AT89S51单片机系统的基础，翻开后面任何一幅单片机系统电路图都离不开这个最简系统。就拿单片机控制一支发光二极管闪烁的系统电路来说，可在最简系统的基础上向单片机的I/O口（比如P0.4口）添加一个发光二极管D1和限流电阻R1，如图3-30所示。