2.4 AT89S51单片机的最小系统
2.4.1 AT89S51单片机最小系统的构成
微课：单片机最小系统
在单片机实际应用系统中，由于应用条件及控制要求的不同，其外围电路的组成各不相同。单片机的最小系统就是指在尽可能少的外部电路条件下，能使单片机独立工作的系统。
由于AT89S51内部已经有4 KB的Flash E2PROM及128 B的RAM，因此只需要接上时钟电路和复位电路就可以构成单片机的最小系统，如图2-13所示。
2.4.2 时钟电路
时钟电路对单片机系统而言是必需的。由于单片机内部是由各种各样的数字逻辑器件（如触发器、寄存器、存储器等）构成，这些数字器件的工作必须按时间顺序完成，这种时间顺序就称为时序。时钟电路就是提供单片机内部各种操作的时间基准的电路，没有时钟电路单片机就无法工作。
1．时钟电路的产生方式
根据AT89S51单片机产生时钟方式的不同，可将时钟电路分为内部时钟方式及外部时钟方式两种。
在XTAL1和XTAL2引脚之间外接石英晶体振荡器及两个谐振电容，就可以构成内部时钟电路，如图2-13 所示的电路。内部时钟电路的石英晶体振荡器频率一般选择在 4～12MHz，谐振电容采用20～30 pF的瓷片电容。
图2-13 单片机的最小系统
如果单片机的时钟采用某一个外接的时钟信号，则可以按图2-14 （a）、图2-14 （b）所示连接。对于AT89S51一般可采用如图2-14 （b）所示外接时钟信号。
图2-14 外部时钟电路
2．单片机的时序单位
时钟电路产生的最小时序单位称为时钟周期，它是由石英晶体振荡器的振荡频率决定的，又称振荡周期。
将石英晶体振荡器的振荡频率进行二分频，就构成了状态周期，一个状态周期等于两个时钟周期。将这两个时钟周期称为两个节拍，用P1、P2表示。
6个状态周期就构成了1个机器周期，机器周期是单片机执行一次基本操作所需要的时间单位。6个状态依次用S1～S6表示。
单片机执行一条指令所需要的时间称为指令周期，通常由1～4个机器周期组成。它是由不同指令来决定时间长短的，附录B中列出了各种指令所需要的时间。一般AT89S51系列单片机的指令分为单机器周期、双机器周期及四机器周期指令。
各时序单位间的关系如图2-15所示。
图2-15 各时序单位间的关系
例如：石英晶体振荡器的频率为fOSC=12MHz，则有
时钟周期
状态周期=2×时钟周期=0.167 μs
机器周期=12×时钟周期=1 μs
指令周期=（1～4）机器周期=1～4 μs
2.4.3 复位电路
单片机的复位就是对单片机进行初始化操作，使单片机内部各寄存器处于一个确定的初始状态，以便进行下一步操作。
1．复位电路的构成
要实现复位操作，只需在AT89S51单片机的RST引脚上施加5 mV的高电平信号即可。单片机的复位电路有两种形式：上电复位和按钮复位。图 2-16 （a）所示为上电复位，图2-16 （b）所示为按钮复位。
图2-16 复位电路
（a）上电复位； （b）按钮复位
上电复位是利用电容充电来实现的，即上电瞬间RST端的电位与VCC相同，随着电容上储能增加，电容电压也增大，充电电流减少，RST端的电位逐渐下降。这样在RST端就会建立一个脉冲电压，调节电容与电阻的大小可对脉冲持续的时间进行调节。通常晶振为6MHz时，复位电路元件为22 μF的电解电容和1 kΩ的电阻，若晶振频率为12MHz时，复位电路元件为10 μF的电解电容和10 kΩ的电阻。
按钮复位电路是通过按下复位按钮时，电源对RST端维持两个机器周期的高电平实现复位的。
2．复位后各寄存器的状态
单片机进行复位操作后，各寄存器的内容被初始化。复位后各寄存器的状态如表2-6所示。
表2-6 AT89S51单片机复位后各寄存器的状态
由表可知，除SP、P0～P3及SBUF外，其余各寄存器的值均为0。PC=0000H代表单片机从地址为0处开始执行程序。端口P0～P3为FFH表明所有端口锁存器均被置“1”，可进行输入/输出数据的操作。