51單片機(jī)最小系統(tǒng)具有體積小、質(zhì)量輕、功能強(qiáng)、功耗低、性價(jià)比高等特點(diǎn)。由芯片、系統(tǒng)時(shí)鐘、I/O端口設(shè)備及復(fù)位電路等構(gòu)成。

51單片機(jī)是STC公司開發(fā)制造的一種8位微控制芯片，擁有512字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和8K字節(jié)的程序存儲(chǔ)空間。共40個(gè)引腳，1個(gè)全雙工串行通信端口，2個(gè)優(yōu)先級(jí)設(shè)置，3個(gè)十六位強(qiáng)大定時(shí)/計(jì)數(shù)器，4個(gè)八位并行I/O端口，5個(gè)優(yōu)質(zhì)中斷源。STC89C52單片機(jī)的時(shí)鐘引腳為XTAL1 和XTAL2；控制信號(hào)的引腳有RST，ALE，PSEN 和EA；I/O端口有P0，P1，P2和P3。

復(fù)位電路主要用于控制單片機(jī)的啟動(dòng)狀態(tài)。在單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，受到外界干擾而出現(xiàn)程序出錯(cuò)或直接死機(jī)、停止運(yùn)行的時(shí)候，通過復(fù)位操作，單片機(jī)內(nèi)部的燒錄代碼就會(huì)重新執(zhí)行。復(fù)位方式一般分為自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位，本設(shè)計(jì)為了編程的簡單化，采用了外部手動(dòng)按鍵復(fù)位的方式。STC89C52單片機(jī)的P0腳內(nèi)無上拉電阻，為開漏輸出。所以在本設(shè)計(jì)中P0腳用作輸出端口，需另加上拉電阻以加大輸出的驅(qū)動(dòng)能力，本設(shè)計(jì)采用10K的排阻作為上拉電阻。

時(shí)鐘電路其實(shí)本質(zhì)就是一個(gè)晶體振蕩電路，提供一個(gè)方波信號(hào)讓單片機(jī)進(jìn)行工作，因此單片機(jī)的運(yùn)行速度及處理能力都是由時(shí)鐘電路決定。XTAL1為反相放大器的輸入端，XTAL2為反向放大器的輸出端。本設(shè)計(jì)中外接的石英晶體振蕩器具有11.0592MHZ的振蕩頻率。

51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

所謂單片機(jī)最小系統(tǒng)，就是用不能再少的元件來組成可以正常工作的電子控制系統(tǒng)。52系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)一般包括：控制芯片、系統(tǒng)時(shí)鐘以及復(fù)位電路。其框圖如下所示：

單片機(jī)最小系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)時(shí)鐘電路：系統(tǒng)時(shí)鐘電路主要用于為主控芯片提供時(shí)鐘節(jié)拍，在人體中就相當(dāng)于心臟的作用，只有隨著心臟的跳動(dòng)，血液才會(huì)到達(dá)身體各個(gè)部位，以保持人體生存及生活。本次設(shè)計(jì)中的時(shí)鐘電路，選用12M的晶振。具體系統(tǒng)時(shí)鐘的電路設(shè)計(jì)如下所示：

系統(tǒng)時(shí)鐘電路圖

復(fù)位電路：本次設(shè)計(jì)采用的51最小系統(tǒng)板為低電平復(fù)位。即當(dāng)按鍵自然釋放時(shí)RSTSET端輸入信號(hào)為高電平，當(dāng)按鍵按下時(shí)，RSTSET端的輸入信號(hào)為低電平，從而實(shí)現(xiàn)電路的復(fù)位。具體復(fù)位電路的設(shè)計(jì)如下所示：

復(fù)位電路圖

單片機(jī):復(fù)位電路的C3電容大小可直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，實(shí)際應(yīng)用中一般選用10uF極性電容。在工作模式下，可選用更高頻率的晶體振蕩器，因?yàn)閱纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)的晶振頻率可直接影響單片機(jī)的運(yùn)算處理速度，即晶振頻率越大，相應(yīng)運(yùn)算處理速度會(huì)越快。

51微控制芯片的正常工作電壓范圍在3.8V-5.5V之間，在本設(shè)計(jì)中通過外接5V直流電源給單片機(jī)供電。主控制器電路如下所示：