单片机：微控制器是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术，将具有数据处理能力的中央处理器（CPU）、随机存储器RAM、只读存储器ROM、各种I/O端口组合在一起和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路复用器、A/D转换器等电路）被集成到一块硅芯片中，形成一个虽小但完整的微计算机系统。 广泛应用于工业控制领域。
我们先看原理图和PCB，后面介绍原理：
示意图：（如有错误，请留言。
印刷电路板：
3D效果图：
最小系统组件：
51单片机最小系统：单片机、复位电路、晶振（时钟）电路、电源
使用的最少系统引脚
1. 主电源引脚（2针）
VCC：电源输入，接+5V电源
GND：地线
2. 外部晶振引脚（2）
XTAL1：片内振荡电路输入端
XTAL2：片内振荡电路输出端
3. 控制引脚（4）
RST/VPP：复位引脚。 该引脚高电平持续2个机器周期（如果使用11.0592Mhz晶振，1个机器周期为1us，1个机器周期等于12个时钟周期）将使单片机复位。
电源供应：
电脑端输出232电平，单片机为TTL电平，需要USB转换模块进行转换。
复位电路：分为高电平复位和低电平复位。 上电复位、按键复位、看门狗复位。
单片机的复位电路就像计算机的重启部分。 当电脑在使用过程中死机时，按下重启按钮，电脑内部的程序就会从头开始执行。 对于微控制器来说也是如此。 当单片机系统运行时，由于环境干扰导致程序跑掉时，按下复位按钮，内部程序将从头开始执行。
（包括上电复位和按键复位）
此电路在稳态时，电容起到隔离直流、隔离+5V的作用，左侧复位按钮处于弹出状态，电路下部无电压差，所以按钮和电容C11下面的部分电位等于GND，即0V。 我们的单片机高电平复位，低电平正常工作，所以正常工作电压为0V，没问题。
我们来分析一下从没电到上电的瞬间。 电容C11上方的电压为5V，下方的电压为0V。 根据我们初中所学的知识，电容C11需要充电。 正离子从上到下带电，负电子从GND到GND带电。 此时电容就相当于电路的一根导线，所有电压都加在电阻R31上。 此时RST端口电压为5V。 随着电容充电的次数越来越多，当即将充满时，电流会越来越小，RST端口上的电压值等于电流乘以R31的阻值，会越来越小，变小，直到电容器完全充满并且线路上将没有电流。 此时，RST和GND电位相等，均为0V。
从这个过程来看，如果加上这个电路，单片机系统上电后，RST引脚会先维持一小段时间的高电平，然后又转为低电平。 这个过程就是上电复位过程。 那么这个“一小段时间”多少合适呢？ 每个微控制器并不完全相同。 51单片机手册规定持续时间不少于2个机器周期。 每个微控制器的复位电压值并不完全相同。 我们使用常用的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哦，C是0.0000001，那么计算出来的t是0.000564秒，也就是564us，比2个机器周期（2us）要大很多。 一般来说，设计电路时留有足够的余量就足够了。
按钮复位（即手动复位）有两个过程。 在按下按钮之前，RST的电压为0V。 当按下按钮时，电路导通，电容器立即放电。 RST电压值变为4700VCC/(4700+18)，处于高电平复位状态。 释放按钮时，类似于上电复位。 首先，电容器充电，然后电流逐渐减小，直到RST电压变为0V。 我们按下按钮的时间通常持续几百毫秒，这足以进行重置。
按下按钮的瞬间，电容两端的5V电压（注意不是5V与电源GND之间）将直接接通。 此时会有瞬间大电流冲击，会在局部区域产生电磁干扰。 为了抑制这种大电流带来的干扰，我们在电容放电电路中串联了一个18欧姆的电阻来限制电流。
晶体振荡器（时钟电路）：
晶振通常分为两种：无源晶振和有源晶振。 无源晶振一般称为晶体，而有源晶振则称为振荡器。
有源晶体振荡器是一个完整的谐振振荡器。 它利用石英晶体的压电效应来起振，因此有源晶振需要电源。 我们完成有源晶振电路后，不需要连接其他外部器件，只需提供电源，它就可以主动产生振荡频率，并且可以提供高精度的频率参考，信号质量比无源要好信号。
无源晶振不能自行振荡。 它需要芯片内部的振荡电路共同作用才能产生振荡。 它允许不同的电压，但信号质量和精度比有源晶振差。 从价格上来说，无源晶振比有源晶振便宜很多。 无源晶振两侧通常都有一个电容。 一般其电容值选择在10pF～40pF之间。 我们使用 20pF 作为更好的选择。 这是一个长期存在的经验值，具有极其普遍的适用性。
有源晶振通常有4个引脚，VCC、GND、晶振输出引脚和一个未使用的浮空引脚（有些晶振也使用该引脚作为使能引脚）。 无源晶振有 2 或 3 个引脚。 如果有3个引脚，中间的引脚连接到晶振的外壳。 使用时需要连接GND。 两侧的引脚是晶振的2个引脚。 这两个引脚的功能是一样的，就像电阻的两个引脚一样，没有正负之分。 对于无源晶振，只需使用我们单片机上的两个晶振引脚来连接即可。 有源晶振仅连接到单片机晶振的输入引脚。 无需连接输出引脚，如图所示。 。
总结：
1、51单片机最小系统复位电路极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间。 一般为10~30uF。 51单片机的最小系统电容越大，所需的复位时间越短。
2、51单片机的最小系统晶振Y1也可以是6MHz或11.0592MHz。 正常工作情况下典型的晶振为11.0592MHz（因为可以准确获取9600和19200的波特率，用于需要串行通信的场合）。 可以使用更高频率的晶体振荡器。 51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度。 频率越高，处理速度越快。
3、51单片机最小系统启动电容C2、C3一般为10~40pF，电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。
4. P0 口为开漏输出。 作为输出口使用时，需要加上拉电阻。 电阻一般为10k。
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