单片机晶振电路原理图 - CSDN
  • 单片机系统电路原理图设计

    千次阅读 2020-01-21 17:29:39
    开发单片机最小系统,并且在开发利用中学会晶振电路,以及复位电路的工作原理和使用方法,会单片机最小系统的一些原理和应用,再者学会89s52单片机的四个接口的功能和用途,并且利用单片机的最小系统来控制led灯,...

    开发单片机最小系统,并且在开发利用中学会晶振电路,以及复位电路的工作原理和使用方法,会单片机最小系统的一些原理和应用,再者学会89s52单片机的四个接口的功能和用途,并且利用单片机的最小系统来控制led灯,实现我们想要的花样变法。在制板期间学会电烙铁的使用方法,并且很好的实现知识与实践的结合,使得各元件能够在电路板上平均分布,使产品既美观又实用。其次要学会利用软件将编写程序加载到89s52单片机中,并且要经过调试来实现程序的运行。根据单片机最小系统的连接说明图,完成单片机最小系统的焊接以及调试。掌握keil 单片机相关软件的使用。理解小系统的工作原理,掌握实际运用单片机小系统。
    1…主电路 :
    主电路
    8首先个LEDl灯采用共阳极的接法,其正极共同接+5v电压vcc,其中有一个LED灯led9作为电源电路的指示灯,LED9亮说明电源电路正常工作并输出+5v电压,不亮说明电源电路不是正常工作接,LED9也是采取共阳极的接法,阳极接+5v电压 ,阴极通过接一个负载电阻R9接地。
    电源电路采取桥式全波整流电路,经过整流,滤波,稳压输出+5v直流电压。输出+5v电压接9个LED的阳极,也与80C52的vcc40引脚和访问程序存储控制31引脚相接。
    80C52的P2口有两种用途:通用I/O接口或高8位地址总线。而P2口的工作状态选择,是受内部模拟开关信号控制。
    地址总线状态(A8~A15),当取指令或访问外部存储器结束后,模拟开关打向左边,使输出驱动器与锁存器Q端相连。引脚上将恢复原来的数据。本电路图是使用P2口的一般I/O双输入输出作用。 P2口作为准双向通道I/O接口使用时,接口输出端的内部皆有等效的上拉电阻(约为20—40KΩ),由于上拉电阻较大,当输出高电平时若需要接拉电流负载应该接220Ω—1kΩ的电阻至+5v作为上拉电阻,输出低电平时,P2口均可接受50A的灌电流。LED1阳极接+5v电压,阴极接拉电流负载R1,并接P2.0引脚,LED2阳极接+5v电压,阴极接拉电流负载R2,并接P2.1引脚,LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8的接法与P2.0相同。
    2.晶振电路与\复位电路:
    复位及时钟电路图
    复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。AT89系列单片机为高电平复位,通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC,再连接一个电阻到GND,由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位,随后回归到低电平进入正常工作状态,
    按键复位就是在复位电容上并联一个开关,当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平,而且由于电容的充电,会保持一段时间的高电平来使单片机复位。MCS52使用12MHz的晶体振荡器作为振荡源,由于单片机内部带有振荡电路.
    AT89s52使用12MHz的晶体振荡器作为振荡源,由于单片机内部带有振荡电路,所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可,复位电路的电容采用的是33pf的电容,两个电容与12mhz的相并联,再接在18、19脚上组成电路的时钟振荡电路,时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后,才能成为单片机的时钟脉冲信号
    3.电源电路:
    电源电路
    单片机要有一个好的运行状态,电源一定要稳定,如果手中没有,就自己制作一个。
    元件清单:变压器一个,无极性电容两个,有极性电容两个,7805一个,4007四个。
    按照电路图将电路连接在电路板上,完毕后测试输出电压,如果值在4.95-5.05上就可以了,如果输出不对,检测7805两侧输出电压,要确保输出电压大于9v.
    变压器变压输出,把高电压变成低电压,输出的电压值是正弦图形。整流桥进过整流后的电压是波浪一样的图形,就是把正弦地负半周转到正半周,c1整流后输出一个衰减的波浪图形,因为c1充足了电,7805是稳压模块,输出一个恒定的5v电压,c3和c2滤出杂散波无公频,7805的输出端不能高于它的输入端,所以加上一个二极管进行保护。
    创新单片机综合开发实训装置QY-DPJ12
    QY-DPJ12创新单片机综合开发实训装置采用模块平放结构,单片机采用爱特梅尔的AT89S52。该单片机内部设有256Byte的RAM和8KByte的FLASH、三个16位定时器,两个数据指针,片内集成了一个看门狗电路。64KRAM扩展空间、64KROM扩展空间;32个IO口,6个向量中断源;033MHz的工作频率,三级程序加密功能;工作电压4.0V5.5V。使用DIP40封装便于更换芯片及仿真。并设计有在系统下载设计接口,通过USB下载器可以方便地进行编程,无需把单片机从电路上取下。
    该模块上还放有串行通信接口,该接口已经加入升压电路,可以直接与计算机通信,飞利浦单片机和宏晶单片机也可以通过此口进行程序下载。复位电路上加有手动复位按扭,可以直接复位操作。模块上还设有有源蜂鸣器驱动电路,直接给固定电平就可以发出声响。

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  • 51 单片机晶振电路原理

    万次阅读 2016-10-04 22:39:04
    XTAL1和XTAL2指的是8051系单片机上常见的用于接“晶振”(晶体谐振器-Crystal Resonator”)的两个引脚。从原理上来说,这两个引脚和MCU内部一个反相器相连接。这个反相器与外部的“晶振”组成一个构成一个皮尔斯...

    XTAL1和XTAL2指的是8051系单片机上常见的用于接“晶振”(晶体谐振器-Crystal Resonator”)的两个引脚。从原理上来说,这两个引脚和MCU内部一个反相器相连接。这个反相器与外部的“晶振”组成一个构成一个皮尔斯振荡器(Pierce oscillator)。因为这个振荡器集成在器件内部的组件实在是不能更简单啦,就一个反相器和一个电阻,非常合适于各种数字IC的设计制造流程。


    深入地分析这个皮尔斯振荡器的工作原理时,不妨把它表述成以下理想的电路形式:


    模电知识告诉我们,当期望得到一个输出信号频率为的振荡电路时,这个电路在必须满足两个条件:2kπ的环路相移
    闭环增益为1


    在上面的皮尔斯振荡器的电路原理图中,不难发现反相器U1对任意的频率分量均提供了180°,即的相移量。同时,反相器在输入输出之间可以看作是一个buffer,因此通过对反相器的输出特性进行调教,较容易得到1的loop gain。


    到这里有人会问了,相移量只有,上面的两个条件连一个都没达到,这哪能起振呢?问题的关键在于电路中的其它元件上。


    首先,对电路中的一颗“晶振”来说,石英晶体本身具有压电效应,对石英晶体进行适当处理后可以得到一种压电谐振器件,这就是常见的石英晶体谐振器(以下简称QCR)。对QCR的物理特性进行分析,可以发现QCR的压电谐振过程可以用以下的理想电路模型近乎完美地表示出来。


    右图的电路模型中,L1-C1-R1组成了一个RLC串联谐振电路,再加上一个实际很小的C0,整个QCR电路模型有两个很接近的谐振点。QCR在电路中与反相器并联,充当的是一个选频网络的作用。整个振荡电路在上电时可以看作是反相器的输出端打进去了一个阶跃信号,QCR把阶跃中谐振点频率的信号挑出来,其他没用的踢掉,在环路增益为1的情况下整个电路趋于稳态平衡。


    模电的知识告诉我们,在QCR // inverter的组合下,这个皮尔斯振荡器已经具备了一个理想的振荡电路中的两大网络(选频+放大)。貌似振荡器中的R1和C1//C2没有什么卵用啊。且慢,这个R1和C1//C2,正是这个电路中最美妙的地方。


    把R1与C1//C2单独抽出来配合反相器的电路组合貌似并不好理解,假如我们换种方式呢?
    (图中引进R’是为了方便理解反相器中的loop voltage gain)


    右边的运放电路除了反相结构本身提供的-180°相移外,R-C组合也提供了额外的相位延迟。更加奇妙的是这个电路组合在设计得当的情况下能够根据实际电路中各元件的误差自动调整相移大小与反相结构相互匹配(当然了谐振频率也会有少许改变),进而保证整个loop的相移满足条件1。这个“自动调整”的过程推导起来很占篇幅,在这里略过不表。


    在上面的图中,还有一个很巧妙的地方,即R1是并联在反相器的输入输出端的。这个小小的电阻和反相器构成了一个反馈通路,进而使得人们能将各种模拟电路的分析设计方法用在这样一个逻辑门电路上,比如通过反馈的方法提高反相器的线性度。在这里将现实电路中反相器的非理想特性引入设计考虑的同时,却又能使电路图保持简洁易懂。


    实际的MCU振荡电路是“Isolated” Pierce-Gate Oscillator,要考虑的因素比这个理论模型复杂得多,但根本原理都是一样的。振荡电路输出的波形,通过下一级的时钟发生电路(Clock Generator)进行整形调整后,得到具有稳定形状的矩形信号并输出至时钟树,作用于整个MCU的同步逻辑。
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  • 外部晶振电路 8MHz晶振连接时钟系统的HSE(外部高速时钟),32.768Hz晶振连接时钟系统的LSE(外部低速)为微控制器提供高低两种精度的时钟系统 晶振的工作原理: 晶振是石英晶体谐振器(quartz crystal oscillator...

    外部晶振电路
    在这里插入图片描述
    8MHz晶振连接时钟系统的HSE(外部高速时钟),32.768Hz晶振连接时钟系统的LSE(外部低速)为微控制器提供高低两种精度的时钟系统
    晶振的工作原理:
    晶振是石英晶体谐振器(quartz crystal oscillator)的简称,也称有源晶振。CPU一切指令的执行都是建立在它产生的时钟频率信号的基础上,时钟信号频率越高,通常CPU的运行速属度也就越快。
    只要是包含CPU的电子产品,都至少包含一个时钟源。因为stm32核心板芯片内部未集成由晶振组成的时钟系统,所以我们需要多用2i个IO口外接晶振电路。而stm32F103ZET6芯片内部已集成,无需外接。
    独立按键电路
    在这里插入图片描述
    这三个按键,每个按键并联一个电容,通过一个10kΩ电阻连接到3.3V电源。按键未按下时,输入到STM32微控制器的电压为高电平,按键按下时,输入到STM32微控制器的电压为低电平。可输入输出。
    在这里插入图片描述
    KEY0 和 KEY1 用作普通按键输入,并没有使用外部上拉电阻,但是 STM32 的 IO 作为输入的时候,我们能可以使用 STM32 的内 部上拉电阻来为按键提供上拉。
    KEY_UP键除了可以用作普通输入按键外,还可 以用作 STM32 的唤醒输入。注意:这个按键是高电平触发的。
    按键电路的工作原理:(对独立按键而言)
    当按键没按下时,CPU对应的I/O接口由于内部有上拉电阻,其输入为高电平;当某键被按下后,对应的I/O接口变为低电平。只要在程序中判断I/O接口的状态,即可知道哪度个键处于闭合状态。
    51单片机的独立按键电路在这里插入图片描述
    独立键盘理想的波形是按下去时保持低电平,实际上在上升沿和下降沿的过程中(即按键和离键时的一段微小时间)会出现抖动。消抖的方法有两种,一种是通过硬件:在电路上连个电容(stm32核心板的独立按键电路就是这样消抖的);另一种是软件消抖,根据经验增加10ms的延时。(软件实现)

    通常来说,独立按键电路每个按键都要占用一个IO口,开发中选用的芯片可能不够用啊,那么多模块,所以我们会选用矩阵按键电路
    矩阵按键电路的电路原理图通常是这样的
    如图所示:4*4矩阵键盘有4行4列按键,单片机4个I/O口接矩阵键盘的行线,另外4个I/O口接矩阵键盘的列线,通过对行线列线的操作完成按键的识别和操作。只占用八个IO口!!!
    原理:
    (1)置第1行为低电平(0),其余行为高电平,读取列线数据,列线有低电平表示此行有按键按下。(2)置第2行为低电平(0),其余行为高电平,读取列线数据,列线有低电平表示此行有按键按下。…(N-1)根据行线列线的电平不同可以识别是否有按键按下,哪一个按键按下,获取按键号。(N) 根据按键号跳转至对应的按键处理程序。程序中记得消抖!!
    每个按键对应的键值

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  • 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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