MCS-51单片机最小系统包括那些部分
下面就图2 所示的单片机最小系统各部分电路进行详细说明。
1. 时钟电路
在设计时钟电路之前，让我们先了解下51 单片机上的时钟管脚：
XTAL1（19 脚） ：芯片内部振荡电路输入端。
XTAL2（18 脚） ：芯片内部振荡电路输出端。
XTAL1 和XTAL2 是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。图2 中采用的是内时钟模式，即采用利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2 的引脚上外接定时元件（一个石英晶体和两个电容），内部振荡器便能产生自激振荡。一般来说晶振可以在1.2 ～ 12MHz 之间任选，甚至可以达到24MHz 或者更高，但是频率越高功耗也就越大。在本实验套件中采用的11.0592M 的石英晶振。和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。当采用石英晶振时，电容可以在20 ～ 40pF 之间选择（本实验套件使用30pF）；当采用陶瓷谐振器件时，电容要适当地增大一些，在30 ～ 50pF 之间。通常选取33pF 的陶瓷电容就可以了。
另外值得一提的是如果读者自己在设计单片机系统的印刷电路板（PCB） 时，晶体和电容应尽可能与单片机芯片靠近，以减少引线的寄生电容，保证振荡器可靠工作。检测晶振是否起振的方法可以用示波器可以观察到XTAL2 输出的十分漂亮的正弦波，也可以使用万用表测量（ 把挡位打到直流挡，这个时候测得的是有效值）XTAL2 和地之间的电压时，可以看到2V 左右一点的电压。
2. 复位电路
在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞（运行不正常）或死机（停止运行）时，就需要进行复位。
MCS-5l 系列单片机的复位引脚RST（ 第9 管脚） 出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST 持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。
复位操作通常有两种基本形式：上电自动复位和开关复位。图2 中所示的复位电路就包括了这两种复位方式。上电瞬间，电容两端电压不能突变，此时电容的负极和RESET 相连，电压全部加在了电阻上，RESET 的输入为高，芯片被复位。随之+5V电源给电容充电，电阻上的电压逐渐减小，最后约等于0，芯片正常工作。并联在电容的两端为复位按键，当复位按键没有被按下的时候电路实现上电复位，在芯片正常工作后，通过按下按键使RST管脚出现高电平达到手动复位的效果。一般来说，只要RST 管脚上保持10ms 以上的高电平，就能使单片机有效的复位。图中所示的复位电阻和电容为经典值，实际制作是可以用同一数量级的电阻和电容代替，读者也可自行计算RC 充电时间或在工作环境实际测量，以确保单片机的复位电路可靠。
3. EA/VPP（31 脚） 的功能和接法
51 单片机的EA/VPP（31 脚） 是内部和外部程序存储器的选择管脚。当EA 保持高电平时，单片机访问内部程序存储器；当EA 保持低电平时，则不管是否有内部程序存储器，只访问外部存储器。
对于现今的绝大部分单片机来说，其内部的程序存储器（一般为flash）容量都很大，因此基本上不需要外接程序存储器，而是直接使用内部的存储器。
在本实验套件中，EA 管脚接到了VCC 上，只使用内部的程序存储器。这一点一定要注意，很多初学者常常将EA 管脚悬空，从而导致程序执行不正常。
4. P0 口外接上拉电阻
51 单片机的P0 端口为开漏输出，内部无上拉电阻。所以在当做普通I/O 输出数据时，由于V2 截止，输出级是漏极开路电路，要使“1”信号（即高电平）正常输出，必须外接上拉电阻。
另外，避免输入时读取数据出错，也需外接上拉电阻。在这里简要的说下其原因：在输入状态下，从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的，但也有例外。例如，当从内部总线输出低电平后，锁存器Q ＝ 0， Q ＝ 1，场效应管V1 开通，端口线呈低电平状态。此时无论端口线上外接的信号是低电平还是高电平，从引脚读入单片机的信号都是低电平，因而不能正确地读入端口引脚上的信号。又如，当从内部总线输出高电平后，锁存器Q ＝ 1， Q ＝ 0，场效应管V1 截止。如外接引脚信号为低电平， 从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。所以当P0 口作为通用I/O 接口输入使用时，在输入数据前，应先向P0 口写“1”，此时锁存器的Q 端为“0”，使输出级的两个场效应管V1、V2 均截止，引脚处于悬浮状态，才可作高阻输入。
总结来说：为了能使P0 口在输出时能驱动NMOS 电路和避免输入时读取数据出错，需外接上拉电阻。在本实验套件中采用的是外加一个10K 排阻。此外，51 单片机在对端口P0—P3 的输入操作上，为避免读错，应先向电路中的锁存器写入“1”，使场效应管截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。
5. LED 驱动电路
细心的读者可能已经发现，在最小系统中，发光二极管（LED）的接法是采取了电源接到二极管正极再经过1K 电阻接到单片机I/O 口上的（见图4 中的接法1）。为什么这么接呢？首先我们要知道LED 的发光工作条件，不同的LED 其额定电压和额定电流不同，一般而言，红或绿颜色的LED 的工作电压为1.7V~2.4V，蓝或白颜色的LED 工作电压为2.7~4.2V， 直径为3mm LED 的工作电流2mA~10mA。在这里采用红色的3mm 的LED。其次，51 单片机（如本实验板中所使用的STC89C52单片机）的I/O 口作为输出口时，拉电流（向外输出电流）的能力是μA 级别，是不足以点亮一个发光二极管的。而灌电流（往内输入电流）的方式可高达20mA，故采用灌电流的方式驱动发光二极管。当然，现今的一些增强型单片机，是采用拉电流输出（接法2）的，只要单片机的输出电流能力足够强即可。另外，图2中的电阻R1为1K 阻值，是为了限制电流，让发光二极管的工作电流限定在2mA~10mA。
1：外部程序存储器-ROM
该系统提供了一片64kb的程序存储器供用户使用，能满足大多数用户的需要。
当用户没有必要用到外部程序存储器时，只需修改硬件跳线设置即可。
2：外部数据存储器-RAM
考虑到单片机的内部数据存储器容量太小，我们在外部设计了一片32kb的数据
存储器，大大方便了需要大量RAM的复杂控制系统和语音系统。
3：模数转换-A/D
本系统内置一块8位的模数转换芯片，在精度要求不太高的系统中可以直接使
用。当然用户也可以自行在外部扩展更高精度的转换芯片。
4：数模转换-D/A
本系统还内置了一块8位的数模转换芯片，它可以直接用来输出各种波形信号和
音频信号等，也可以作为精密系统的控制电平。
5：键盘
本系统采用了键盘显示专用芯片，提供多达20个上下档双功能按键，采用进口
欧姆龙键（高可靠性），全面淘汰非欧姆龙键盘，并有自动对其进行扫描、去抖动处理
和编码等功能，由中断向CPU提出按键申请，无须用户干预。
6：显示
本系统配有八位七段LED显示。当用户需要用到动态七段LED显示时，键盘显示
专用芯片自动对它们进行扫描，只需把显示内容送到指定地址即可。当不用它时，可用
软件让它熄灭，节省电源开销。
7：并行I/O口资源扩展
有经验的用户都知道，I/O口是系统最宝贵的资源之一，它的作用绝对不亚于中
断的作用。所以我们把P1口和8255的扩展口，一共三十多个I/O口资源完全留给用户使
用。
8：RS232串行接口
为了方便系统与微机、打印机、外设等的接口，我们在其中加入了一个普遍通
用的标准RS232接口，能很方便的与微机和外设等进行串口通信。
9：通用并行微型打印机接口
微型打印机可以通过中断方式工作，8255的PB口和PC口的低三位自动协同打印
机一起以中断方式工作。也可以设置硬件跳线，使它通过P1口用查询方式工作。
10：中断扩展
中断口是系统最重要的组成部分，我们采用了微机中断控制器8259进行中断扩
展，并完全解决了8259和单片机工作时序不兼容的问题，它有5个中断口留给用户使
用，加上2(51系列)／3（52系列)个时钟中断，大大方便了实时性要求很高的系统。
请看 图片
2、GND
3、EA接高电平
4、时钟电路
5、 复位电路
