单片机最小系统_晶振电路&复位电路

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单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。
对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。

1. 晶振电路

电路搭建

晶振电路相当于单片机的心脏,为单片机的工作提供时钟信号
单片机最小系统_晶振电路&复位电路
这里电容的作用是为了消除晶振的起振电感,维持单片机系统工作的稳定。可选择两个30pf的电容匹配12MHZ的晶振。

相关概念

时钟周期

时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内,CPU仅完成一个最基本的动作。
时钟周期的计算:已知晶振频率 f o s c = 12 M H Z f_{osc}=12MHZ fosc=12MHZ,时钟周期T=1/ f o s c f_{osc} fosc=83.3ns。

机器周期

CPU完成一个基本操作,如取指令、读写数据,所需的时间。一个机器周期一般等于12个时钟周期。12个时钟周期可分成6个状态S1~S6,每个状态又由两拍表示P1,P2。如可用S2P1,来表示一个机器周期里的第三个时钟周期。
单片机最小系统_晶振电路&复位电路

指令周期

指完成一条指令所需的时间。一个指令周期由若干个机器周期组成。简单的单字节指令的指令周期可能只需要一个机器周期的时间;一些复杂的多字节指令的指令周期可能只需要几个机器周期的时间。

2. 复位电路

电路搭建

单片机最小系统_晶振电路&复位电路
实现功能:给RST引脚加上超过2个机器周期的高电平,即可实现单片机的初始化

复位电路定性分析

  1. 上电复位功能
  • 复位开关断开,单片机上电RST置1,触发复位。经过一段时间后电容充满电,RST置0,单片机开始从头运行程序。
  1. 按键复位功能
  • 复位开关闭合,电容被短路,RST置1,触发复位。

复位电路定量分析

设定输入r为单片机以5v供电输入,输入c为电容与电阻之间的节点
电容容量为C1,电阻阻值为R1。
可得系统的传递函数为:
G ( s ) = U o U i = R 1 1 C 1 S + R 1 G(s)=\frac{U_{o}}{U_{i}}=\frac{R_{1}}{\frac{1}{C_{1}S}+R_{1}} G(s)=UiUo=C1S1+R1R1
C 1 = 10 u f C_1=10uf C1=10uf R 1 = 10 k R_1=10k R1=10k U i ( s ) = 5 s U_i(s)=\frac{5}{s} Ui(s)=s5带入得
U o ( s ) = 5 s + 1 C 1 ∗ R 1 = 5 s + 10 U_o(s)=\frac{5}{s+\frac{1}{C_1*R_1}}=\frac{5}{s+10} Uo(s)=s+C1R115=s+105
方程两边同时拉式反变换得
U 0 ( t ) = 5 ∗ e − 1 C 1 ∗ R 1 t = U 0 ( t ) = 5 ∗ e − 10 t U_{0}(t)=5*e^{-\frac{1}{C_1*R_1}t}=U_{0}(t)=5*e^{-10t} U0(t)=5eC1R11t=U0(t)=5e10t
通过simulink仿真可得到 U o U_o Uo的响应
单片机最小系统_晶振电路&复位电路
单片机最小系统_晶振电路&复位电路

根据芯片手册,当电压>2.8V时为高电平,当电压<0.8V时为低电平。
如图可得RST处的高电平持续时间在0.2~0.3s>两个机器周期的时间可实现复位。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-427803.html

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