51最小系统_51最小系统板 - CSDN
  • 51单片机最小系统原理图、PCB及组成原理详解

    万次阅读 多人点赞 2018-10-02 08:25:03
    单片机:单片机(Microcontrollers)是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把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、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示...

    单片机:单片机(Microcontrollers)是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把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、多种I/O口和中断系统定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域广泛应用。

     先上原理图和PCB,原理介绍在后面:

    原理图:(如有错误欢迎留言,大笑大笑大笑

    PCB:

    3D效果图:

    最小系统组成:

    51单片机最小系统:单片机、复位电路、晶振(时钟)电路、电源

    最小系统用到的引脚

    1、主电源引脚(2根)
    VCC:电源输入,接+5V电源
    GND:接地线

    2、外接晶振引脚(2根)
    XTAL1:片内振荡电路的输入端
    XTAL2:片内振荡电路的输出端

    3、控制引脚(4根)
    RST/VPP:复位引脚,引脚上出现2个机器周期(如果用11.0592Mhz的晶振,一个机器周期为1us,一个机器周期等于12个时钟周期)的高电平将使单片机复位,

    电源:

        电脑端输出232电平,单片机是TTL电平,需要USB转换模块对其转换

    复位电路:分为高电平和低电平复位。上电复位、按键复位、看门狗复位。

    单片机的复位电路就好比电脑的重启部分,当电脑在使用过程中死机,按下重启按钮电脑内部的程序开始从头执行。单片机也一样,当单片机系统在运行中,受到环境干扰出现程序跑飞的时候,按下复位按钮,内部程序从头开始执行。

     (包括上电复位和按键复位)

     

    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留够余量就行。

    按键复位(即手动复位)有 2 个过程,按下按键之前,RST 的电压是 0V,当按下按键后电路导通,同时电容也会在瞬间进行放电,RST 电压值变化为 4700VCC/(4700+18),会处于高电平复位状态。当松开按键后就和上电复位类似了,先是电容充电,后电流逐渐减小直到 RST 电压变 0V 的过程。我们按下按键的时间通常都会有几百毫秒,这个时间足够复位了。

    按下按键的瞬间,电容两端的 5V 电压(注意不是电源的 5V 和 GND 之间)会被直接接通,此刻会有一个瞬间的大电流冲击,会在局部范围内产生电磁干扰,为了抑制这个大电流所引起的干扰,我们这里在电容放电回路中串入一个 18 欧的电阻来限流。

    晶振(时钟电路):

    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,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。

     

    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,如图所示。

     

     

     总结:

    1.   51单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间,一般采用10~30uF,51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。

     2.    51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振,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,频率越大处理速度越快。

     3.    51单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用10~40pF,并且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,作为输出口时需加上拉电阻,阻值一般为10k。

    工程文件,提供下载链接:

    https://download.csdn.net/download/qq_38105227/10374324

     

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  • 学习笔记之-51单片机最小系统搭建

    万次阅读 2017-02-11 20:28:46
    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.一.先说一下51单片机的引脚: 总线型 DIP40 引脚封装 电源及时钟引脚, 4 个 VCC:电源接入引脚 VSS:接地引脚 XTAL1:晶体振荡器接入的...

      单片机最小系统,或者称为单片机最小应用系统,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.


    一.先说一下51单片机的引脚:

    51单片机引脚分布图

    • 总线型 DIP40 引脚封装
      1. 电源及时钟引脚, 4 个
        VCC:电源接入引脚
        VSS:接地引脚
        XTAL1:晶体振荡器接入的一个引脚
        XTAL2:晶体振荡器接入的另外一个引脚
      2. 控制线引脚, 4 个
        RST/VPD:复位信号输入引脚/备用电源输入引脚;ALE/PROG:地址锁存允许信号输出引脚/编程脉冲输入引脚
        EA/VPP:内外存储器选择引脚,当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行
        PSEN:外部程序存储器选择通信号输出引脚
      3. 并行 I/O 引脚, 32 个,分 4 个 8 位口
        P0.0 ~ P0.7:一般 I/O 口引脚或数据/低位地址总线复用引脚
        P1.0 ~ P1.7:一般 I/O 口引脚
        P2.0 ~ P2.7:一般 I/O 口引脚或高位地址总线引脚
        P3.0 ~ P3.7:一般 I/O 口引脚或第二功能引脚

      二.下面是在protues环境下搭建的一个51单片机的最小系统电路图. Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。主要是可以进行单片机及外围器件的仿真,在编译方面,它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译.

    51单片机的最小系统

    • 晶振电路:
        单片机系统里都有晶振,在单片机系统里晶振作用非常大,全程叫晶体振荡器,他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率,单片机晶振提供的时钟频率越高,那么单片机运行速度就越快典型的晶振取11.0592MHz(方便串口波特率设置)或者12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作),电容这里选择22pf(15~33pF都行,经验值),并且电容离晶振越近越好,晶振离单片机越近越好,的瓷片电容或者无极性的贴片电容,具体根据制作的电路板类型选择
    • 复位电路:
        在单片机系统在运行中,当受到环境干扰出现程序跑飞的时候,按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。51单片机要复位只需要在RST引脚接个高电平持续2US就可以实现。
        复位电路的工作原理如下:
      在电路图中,电容的的大小是10uF,电阻的大小是10k。根据公式,可以算出电容充电到电源电压的0.7倍(单片机的电源是5V,所以充电到0.7倍即为3.5V),需要的时间是10K*10UF=0.1S。也就是说在电脑启动的0.1S内,电容两端的电压时在0~3.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少(串联电路各处电压之和为总电压)。所以在0.1S内,RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号,而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机0.1S内,单片机系统自动复位(RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右)。按键按下的时候也会会复位,在单片机启动0.1S后,电容C两端的电压持续充电为5V,这是时候10K电阻两端的电压接近于0V,RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候,开关导通,这个时候电容两端形成了一个回路,电容被短路,所以在按键按下的这个过程中,电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移,电容的电压在0.1S内,从5V释放到变为了1.5V,甚至更小。根据串联电路电压为各处之和,这个时候10K电阻两端的电压为3.5V,甚至更大,所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。
    • 下载电路:
        我们可以把P3.0(RXD) ,P3.1(TXD)和电源地接在一个3p的header上,方便程序的下载和串口通行。

    三.最后简单说一下单片机输出驱动能力的问题:

      单片机的引脚,可以用程序来控制输出高、低电平, 单片机输出低电平时,将允许外部器件,向单片机引脚内灌入电流,这个电流,称为“灌电流”,外部电路称为“灌电流负载”,单片机输出高电平时,则允许外部器件,从单片机的引脚拉出电流,这个电流,称为“拉电流”,外部电路称为“拉电流负载”,每个单个的引脚,输出低电平的时候,允许外部电路,向引脚灌入的最大电流为 10 mA;每个 8 位的接口(P1、P2 以及 P3),允许向引脚灌入的总电流最大为 15 mA,而 P0 的能力强一些,允许向引脚灌入的最大总电流为 26 mA;全部的四个接口所允许的灌电流之和,最大为 71 mA。而当这些引脚“输出高电平”的时候,单片机的“拉电流”能力可以说是太差了,竟然不到 1 mA。结论就是:单片机输出低电平的时候,驱动能力尚可,而输出高电平的时候,就没有输出电流的能力。设计单片机的负载电路,应该采用“灌电流负载”的电路形式,以避免无谓的电流消耗。所以这里我们采用“灌电流”的方式接一个LED灯。此时,一个51单片机的最小系统就搭建好了,开始单片机的学习之旅~~~
      附一段小程序,通过P1.0控制一个LED的闪烁

    #include <reg52.h>
    sbit led=P1^0;
    void delay(unsigned int i)
    {
        unsigned int j;
        unsigned char k;
        for(j=i;j>0;j--)
            for(k=125;k>0;k--);
    }
    void main(void)
    {
        while(1)
        {   
            led=~led;          
            delay(2000);    
        }
    }
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  • 这里写自定义目录标题最小系统电源电路复位电路 最小系统 电源电路 ① 笔记本电源(12v)不可以直接接到火牛电源(5v) 会把单片机直接烧坏 ② 稳压芯片AMS1117-3.3V(把5v转为3.3v,供模块使用) ③ 滤波电容(滤除...

    最小系统

    在这里插入图片描述

    电源电路

    注意点


    笔记本电源(12v)不可以直接接到火牛电源(5v)
    会把单片机直接烧坏

    稳压芯片AMS1117-3.3V(把5v转为3.3v,供模块使用)

    滤波电容(滤除杂波)

    在这里插入图片描述

    下载电路

    注意点


    方便ARM和C51 切换
    stm32模式(ARM):将Power和VCC短接
    51模式(C51):"51"和"Power"需要短接

    C6和CV之间要接地,否则会发烫

    stm32下载程序才用到

    在这里插入图片描述

    复位电路

    • 51单片机是高电平复位:部分①中J9的1、2短接(部分①、②)
      按下RSTK,HRST变为高电平,HRST和RST短接,RST变为高电平
    • stm32是低电平复位:(部分②、③)
      按下RSTK,HRST变为高电平,部分③中发射极和基极没有互通,部分③中的GND 和部分②中的LRST相通,LRST为低电平

    在这里插入图片描述

    时钟电路

    单片机时钟周期的可以看看这篇文章
    单片机基本时序

    有关时钟原理的可参考这篇文章
    时钟

    注意点

    • 晶振无正反方向
    • 晶振的频率越快,单片机的运行速度越快
    • 每个单片机的运行速度都是在一定范围内的
    • 晶振在使用时往往需要配置两个30PF的电容

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    制作51单片机最小系统检查

    • 对照原理图检查
    • 使用万用表检查是否虚焊、短路

    核心

    模电知识扎实

    展开全文
  • 51单片机最小系统(含原理图和PCB)

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  • 51单片机最小系统板制作过程

    万次阅读 2020-07-21 23:15:19
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    本文将介绍如何自制一个51单片机最小系统及一些附加模块。最终制成的系统将具有烧录程序,运行程序等功能。

     

    先放两张张最终成品如下

     ​

    (正面)

    (反面--锡接走线法)

     

    提醒读者,下载口的布局有点不合理,请调至第五部的测试下载模块处查看!!!!!

    好了,接下来正式进入制作环节:

     

    第一步:仿真

    在win7下采用Proteus 7 Professional绘制仿真原理图,具体绘制操作参考:用proteus绘画51单片机最小系统

    为了测试所需,再绘制测试模块,如下:

    电阻左端分别接单片机的21、22脚,即P2.0、P2.1端口

    绘制完成后,为了仿真,再采用Keil uVision4编写测试代码并生成hex文件。具体操作参考文件:

    单片机类型015STC90C516RD+A9T15528的代码编写,烧录

     

    测试代码如下:

    #include <REGX52.H>      //预处理命令
    void main(void)     
    {
        unsigned int a;     
        while(1)
       {        
           P2_0 = 0;      //设P2.0口为低电平,点亮LED
           for (a=0; a<50000; a++);  //这是一个循环,起延时作用
           P2_0 = 1;      //设P2.0口为高电平,熄灭LED
           for (a=0; a<50000; a++);
               P2_1 = 0;      //设P2.1口为低电平,点亮LED
           for (a=0; a<50000; a++);
           P2_1 = 1;      //设P2.1口为高电平,熄灭LED
           for (a=0; a<50000; a++);
       }
    }

     

    准备工作做完了,接下开始仿真,整个仿真原理图如下:

     

    双击单片机,出现如下界面:

     

    单击上图中Program File栏的文件夹图标

      ,

    进行选择测试代码hex文件,找到需要烧录单片机的hex文件,打开。


    为了更好的查看线路中电流的流向,建议在Proteus中点击system——set Animation options——在对话框的Animation options 区域选择第三和第四项。

    接下来就是查看下仿真结果了,

     

    单击图片中第一个按钮开始仿真  单击图片中第四个按钮结束仿真。

    仿真结果为,两个LED,一个亮、灭,另一个亮灭,如此循环;同时可以看见电流流向的箭头。

     

    第二步:准备元器件

     

    第三步:绘制焊接图

    原理图和实物焊接图管脚布局不一样,所以需要先布好局,元器件布局如下图:

     

     

    走线图(未画出单片机底座与附近排针接通)如下:

     


     

    第四步:焊接

    绘制好焊接图后,照着图一部分一部分焊接,就可以了。下图是我采用锡接走线法焊接好后的反面图:

    切记不要焊短路了!!

     

    第五步:实物测试

    1.测试电源模块

    给DC插座上电,反复按自锁开关,查看自锁开关附近的LED以及下载口附近的两个LED是否亮灭。

    若此处发现故障,则应立即排除故障再进行下一步。

     

    2.测试下载模块

    用杜邦线连接USB_TTL的GND、RXD、TXD、5V0,如下图:

     

     

    杜邦线的另一端连接下载口的顺序从上往下为5V0、TXD、RXD、GND(连接过程中线不会有交叉),如下图:

     

    打开烧录软件,进行烧录。具体操作参考:单片机类型015STC90C516RD+A9T15528的代码编写,烧录

    拔出USB_TTL,给DC插座上电,即可看到接P2.0和P2.1口的LED,P2.0亮-灭-P2.1亮-灭,如此循环。

    若此处发现故障,则应立即排除故障再进行下一步。

    注:下载模块的+-布局有点不合理,下载的时候不接GND,效果更好!!!!

     

    3.测试复位模块

    在上一步程序烧录成功后运行程序,待P2.1亮时,按下按钮,可看见P2.0立即亮起。

    若此处发现故障,则应立即排除故障。

     

    展开全文
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  • 89C51最小系统典型应用

    千次阅读 2018-06-13 15:48:48
    P0口接上拉电阻, XTAL晶振并30PF复位电路电阻1K 100PF
  • 用ad2018绘制51单片机最小系统原理图和pcb

    万次阅读 多人点赞 2018-06-11 21:49:16
    于是在这里利用绘制51单片机最小系统pcb图的机会,来看看有哪些变化。 首先建立项目得知道,最小系统包含了晶振、电容、电阻、输入、输出、和芯片插座。其中除了芯片插座,其余均有系统自带的pcb封装和原理图样板。...
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51最小系统