跟我學(xué)51單片機(jī)（一）：單片機(jī)最小系統(tǒng)組成與I/O輸出控制

　　一、內(nèi)容提要

　　本講主要向大家介紹51 系列單片機(jī)的最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)并通過編寫程序來實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)IO 口的輸出控制。以點(diǎn)亮外部連接的LED（發(fā)光二極管）為例，簡要的介紹單片機(jī)的原理、最小系統(tǒng)的組成，并通過簡單的C51 程序設(shè)計(jì)來講述編譯軟件Keil的使用并下載Hex 文件燒寫單片機(jī)。

　　二、原理簡介

　　在了解原理之前， 首先讓我們思考一個(gè)問題，什么是單片機(jī)， 單片機(jī)有什么用？ 這是一個(gè)有意思的問題，因?yàn)槿魏稳硕疾荒芙o出一個(gè)被大家都認(rèn)可的概念，那到底什么是單片機(jī)呢？ 普遍來說， 單片機(jī)又稱單片微控制器， 是在一塊芯片中集成了CPU（ 中央處理器）、RAM（ 數(shù)據(jù)存儲器）、ROM（ 程序存儲器）、定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器和多種功能的I/O（ 輸入/ 輸出） 接口等一臺計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件，從而可以完成復(fù)雜的運(yùn)算、邏輯控制、通信等功能。在這里，我們沒必要去找到明確的概念來解析什么是單片機(jī)，特別在使用C 語言編寫程序的時(shí)，不用太多的去了解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行原理等。從應(yīng)用的角度來說，通過從簡單的程序入手，慢慢的熟悉然后逐步深入精通單片機(jī)。

　　在簡單了解了什么是單片機(jī)之后，然后我們來構(gòu)建單片機(jī)的最小系統(tǒng)，單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是讓單片機(jī)能正常工作并發(fā)揮其功能時(shí)所必須的組成部分，也可理解為是用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對51 系列單片機(jī)來說， 最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括： 單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、輸入/ 輸出設(shè)備等（見圖1）。

圖1 單片機(jī)最小系統(tǒng)框圖

　　三、電路詳解

　　依據(jù)上文的內(nèi)容，設(shè)計(jì)51 系列單片機(jī)最小系統(tǒng)見圖2。

圖2 51系列單片機(jī)最小系統(tǒng)

　　下面就圖2 所示的單片機(jī)最小系統(tǒng)各部分電路進(jìn)行詳細(xì)說明。

　　1. 時(shí)鐘電路

　　在設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路之前，讓我們先了解下51 單片機(jī)上的時(shí)鐘管腳：

　　XTAL1（19 腳） ：芯片內(nèi)部振蕩電路輸入端。

　　XTAL2（18 腳） ：芯片內(nèi)部振蕩電路輸出端。

　　XTAL1 和XTAL2 是獨(dú)立的輸入和輸出反相放大器，它們可以被配置為使用石英晶振的片內(nèi)振蕩器，或者是器件直接由外部時(shí)鐘驅(qū)動。圖2 中采用的是內(nèi)時(shí)鐘模式，即采用利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2 的引腳上外接定時(shí)元件（一個(gè)石英晶體和兩個(gè)電容），內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。一般來說晶振可以在1.2 ～ 12MHz 之間任選，甚至可以達(dá)到24MHz 或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。在本實(shí)驗(yàn)套件中采用的11.0592M 的石英晶振。和晶振并聯(lián)的兩個(gè)電容的大小對振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調(diào)作用。當(dāng)采用石英晶振時(shí)，電容可以在20 ～ 40pF 之間選擇（本實(shí)驗(yàn)套件使用30pF）；當(dāng)采用陶瓷諧振器件時(shí)，電容要適當(dāng)?shù)卦龃笠恍?，?0 ～ 50pF 之間。通常選取33pF 的陶瓷電容就可以了。

　　另外值得一提的是如果讀者自己在設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的印刷電路板（PCB） 時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機(jī)芯片靠近，以減少引線的寄生電容，保證振蕩器可靠工作。檢測晶振是否起振的方法可以用示波器可以觀察到XTAL2 輸出的十分漂亮的正弦波，也可以使用萬用表測量（ 把擋位打到直流擋，這個(gè)時(shí)候測得的是有效值）XTAL2 和地之間的電壓時(shí)，可以看到2V 左右一點(diǎn)的電壓。