51單片機最小系統

ID:429436 · 發表于 2018-11-19 19:53

1. 時鐘電路
　　在設計時鐘電路之前，讓我們先了解下51 單片機上的時鐘管腳：
　　XTAL1（19 腳）：芯片內部振蕩電路輸入端。
　　XTAL2（18 腳）：芯片內部振蕩電路輸出端。
　　XTAL1 和XTAL2 是獨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振蕩器，或者是器件直接由外部時鐘驅動。圖2 中采用的是內時鐘模式，即采用利用芯片內部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2 的引腳上外接定時元件（一個石英晶體和兩個電容），內部振蕩器便能產生自激振蕩。一般來說晶振可以在1.2 ～ 12MHz 之間任選，甚至可以達到24MHz 或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。在本實驗套件中采用的11.0592M 的石英晶振。和晶振并聯的兩個電容的大小對振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調作用。當采用石英晶振時，電容可以在20 ～ 40pF 之間選擇（本實驗套件使用30pF）；當采用陶瓷諧振器件時，電容要適當地增大一些，在30 ～ 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計單片機系統的印刷電路板（PCB）時，晶體和電容應盡可能與單片機芯片靠近，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，這個時候測得的是有效值）XTAL2 和地之間的電壓時，可以看到2V 左右一點的電壓。
　　2. 復位電路
　　在單片機系統中，復位電路是非常關鍵的，當程序跑飛（運行不正常）或死機（停止運行）時，就需要進行復位。
　　MCS-5l 系列單片機的復位引腳RST（第9 管腳）出現2個機器周期以上的高電平時，單片機就執行復位操作。如果RST 持續為高電平，單片機就處于循環復位狀態。
　　復位操作通常有兩種基本形式：上電自動復位和開關復位。圖2 中所示的復位電路就包括了這兩種復位方式。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時電容的負極和RESET 相連，電壓全部加在了電阻上，RESET 的輸入為高，芯片被復位。隨之+5V電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于0，芯片正常工作。并聯在電容的兩端為復位按鍵，當復位按鍵沒有被按下的時候電路實現上電復位，在芯片正常工作后，通過按下按鍵使RST管腳出現高電平達到手動復位的效果。一般來說，只要RST 管腳上保持10ms 以上的高電平，就能使單片機有效的復位。圖中所示的復位電阻和電容為經典值，實際制作是可以用同一數量級的電阻和電容代替，讀者也可自行計算RC 充電時間或在工作環境實際測量，以確保單片機的復位電路可靠。
3. EA/VPP（31 腳）的功能和接法
　　51 單片機的EA/VPP（31 腳）是內部和外部程序存儲器的選擇管腳。當EA 保持高電平時，單片機訪問內部程序存儲器；當EA 保持低電平時，則不管是否有內部程序存儲器，只訪問外部存儲器。
　　對于現今的絕大部分單片機來說，其內部的程序存儲器（一般為flash）容量都很大，因此基本上不需要外接程序存儲器，而是直接使用內部的存儲器。
　　在本實驗套件中，EA 管腳接到了VCC 上，只使用內部的程序存儲器。這一點一定要注意，很多初學者常常將EA 管腳懸空，從而導致程序執行不正常。
　　4. P0 口外接上拉電阻
　　51 單片機的P0 端口為開漏輸出，內部無上拉電阻。所以在當做普通I/O 輸出數據時，由于V2 截止，輸出級是漏極開路電路，要使“1”信號（即高電平）正常輸出，必須外接上拉電阻。
　　另外，避免輸入時讀取數據出錯，也需外接上拉電阻。在這里簡要的說下其原因：在輸入狀態下，從鎖存器和從引腳上讀來的信號一般是一致的，但也有例外。例如，當從內部總線輸出低電平后，鎖存器Q ＝ 0， Q ＝ 1，場效應管V1 開通，端口線呈低電平狀態。此時無論端口線上外接的信號是低電平還是高電平，從引腳讀入單片機的信號都是低電平，因而不能正確地讀入端口引腳上的信號。又如，當從內部總線輸出高電平后，鎖存器Q ＝ 1， Q ＝ 0，場效應管V1 截止。如外接引腳信號為低電平，從引腳上讀入的信號就與從鎖存器讀入的信號不同。所以當P0 口作為通用I/O 接口輸入使用時，在輸入數據前，應先向P0 口寫“1”，此時鎖存器的Q 端為“0”，使輸出級的兩個場效應管V1、V2 均截止，引腳處于懸浮狀態，才可作高阻輸入。
　　總結來說：為了能使P0 口在輸出時能驅動NMOS 電路和避免輸入時讀取數據出錯，需外接上拉電阻。在本實驗套件中采用的是外加一個10K 排阻。此外，51 單片機在對端口P0—P3 的輸入操作上，為避免讀錯，應先向電路中的鎖存器寫入“1”，使場效應管截止，以避免鎖存器為“0”狀態時對引腳讀入的干擾。
　　5. LED 驅動電路
　　細心的讀者可能已經發現，在最小系統中，發光二極管（LED）的接法是采取了電源接到二極管正極再經過1K 電阻接到單片機I/O 口上的（見圖4 中的接法1）。為什么這么接呢？首先我們要知道LED 的發光工作條件，不同的LED 其額定電壓和額定電流不同，一般而言，紅或綠顏色的LED 的工作電壓為1.7V~2.4V，藍或白顏色的LED 工作電壓為2.7~4.2V，直徑為3mm LED 的工作電流2mA~10mA。在這里采用紅色的3mm 的LED。其次，51 單片機（如本實驗板中所使用的STC89C52單片機）的I/O 口作為輸出口時，拉電流（向外輸出電流）的能力是μA 級別，是不足以點亮一個發光二極管的。而灌電流（往內輸入電流）的方式可高達20mA，故采用灌電流的方式驅動發光二極管。當然，現今的一些增強型單片機，是采用拉電流輸出（接法2）的，只要單片機的輸出電流能力足夠強即可。另外，圖2中的電阻R1為1K 阻值，是為了限制電流，讓發光二極管的工作電流限定在2mA~10mA。

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