单片机最小系统解析(电源、晶振和复位电路)

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1、单片机最小系统解析(电源、晶振和复位电路)　　我们在学习过程中，很多指标都是直接用的概念指标，比如我们说+5V代表1，GND代表0等等。但在实际电路中的电压值并不是完全精准的，那这些指标允许范围是什么呢？随着我们所学的内容不断增多，大家要慢慢培养一种阅读数据手册的能力。　　比如，我们要使用STC89C52RC的时候，找到它的数据手册第11页，看第二项——工作电压：5.5V～3.4V（5V单片机），这个地方就说明这个单片机正常的工作电压是个范围值，只要电源VCC在5.5V～3.4V之间都可以正常工作，电压超过5.5

2、V是绝对不允许的，会烧坏单片机，电压如果低于3.4V，单片机不会损坏，但是也不能正常工作。而在这个范围内，最典型、最常用的电压值就是5V，这就是后面括号里“5V单片机”这个名称的由来。除此之外，还有一种常用的工作电压范围是2.7V～3.6V、典型值是3.3V的单片机，也就是所谓的“3.3V单片机”。日后随着大家接触更多的器件，对这点会有更深刻的理解。　　现在我们再顺便多了解一点，大家打开74HC138的数据手册，会发现74HC138手册的第二页也有一个表格，上边写了74HC138的工作电压范围，最小值是4.75V

3、，额定值是5V，最大值是5.25V，可以得知它的工作电压范围是4.75V～5.25V。这个地方讲这些目的是让大家清楚的了解，我们获取器件工作参数的一个最重要、也是最权威的途径，就是查阅该器件的数据手册。　　晶振通常分为无源晶振和有源晶振两种类型，无源晶振一般称之为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。　　有源晶振是一个完整的谐振振荡器，它是利用石英晶体的压电效应来起振，所以有源晶振需要供电，当我们把有源晶振电路做好后，不需要外接其它器件，只要给它供电，它就可以主动产生振荡频率，并

4、且可以提供高精度的频率基准，信号质量也比无源信号要好。　　无源晶振自身无法振荡起来，它需要芯片内部的振荡电路一起工作才能振荡，它允许不同的电压，但是信号质量和精度较有源晶振差一些。相对价格来说，无源晶振要比有源晶振价格便宜很多。无源晶振两侧通常都会有个电容，一般其容值都选在10pF~40pF之间，如果手册中有具体电容大小的要求则要根据要求来选电容，如果手册没有要求，我们用20pF就是比较好的选择，这是一个长久以来的经验值，具有极其普遍的适用性。　　我们来认识下比较常用的两种晶振的样貌，如图1和图2所示。　　　　图

5、1有源晶振实物图　　　　图2无源晶振实物图　　有源晶振通常有4个引脚，VCC，GND，晶振输出引脚和一个没有用到的悬空引脚（有些晶振也把该引脚作为使能引脚）。无源晶振有2个或3个引脚，如果是3个引脚的话，中间引脚接是晶振的外壳，使用时要接到GND，两侧的引脚就是晶体的2个引出脚了，这两个引脚作用是等同的，就像是电阻的2个引脚一样，没有正负之分。对于无源晶振，用我们的单片机上的两个晶振引脚接上去即可，而有源晶振，只接到单片机的晶振的输入引脚上，输出引脚上不需要接，如图3和图4所示。　　　　图3无源晶振接法　　　　图

6、4有源晶振接法　　我们先来分析一下KST-51开发板上的复位电路，如图5所示。　　　　图5单片机复位电路　　当这个电路处于稳态时，电容起到隔离直流的作用，隔离了+5V，而左侧的复位按键是弹起状态，下边部分电路就没有电压差的产生，所以按键和电容C11以下部分的电位都是和GND相等的，也就是0V。我们这个单片机是高电平复位，低电平正常工作，所以正常工作的电压是0V，没有问题。　　我们再来分析从没有电到上电的瞬间，电容C11上方电压是5V，下方是0V，根据我们初中所学的知识，电容C11要进行充电，正离子从上往下充电，负

7、电子从GND往上充电，这个时候电容对电路来说相当于一根导线，全部电压都加在了R31这个电阻上，那么RST端口位置的电压就是5V，随着电容充电越来越多，即将充满的时候，电流会越来越小，那RST端口上的电压值等于电流乘以R31的阻值，也就会越来越小，一直到电容完全充满后，线路上不再有电流，这个时候RST和GND的电位就相等了也就是0V了。　　从这个过程上来看，我们加上这个电路，单片机系统上电后，RST引脚会先保持一小段时间的高电平而后变成低电平，这个过程就是上电复位的过程。那这个“一小段时间”到底是多少才合适呢？每种

8、单片机不完全一样，51单片机手册里写的是持续时间不少于2个机器周期的时间。复位电压值，每种单片机不完全一样，我们按照通常值0.7VCC作为复位电压值，复位时间的计算过程比较复杂，我这里只给大家一个结论，时间t=1.2RC，我们用的R是4700欧，C是0.0000001法，那么计算出t就是0.000564秒，即564us，远远大于2个机器周期(2us)，在电路设计的时候一般