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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 2018-04-07 09:40:54
    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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  • 单片机最小系统的通俗易懂讲解

    万次阅读 多人点赞 2019-02-16 07:34:03
    下面这个就是最小系统原理图,就是靠这四个部分,这个单片机就可以运行起来了.(看下面的数字标记,1234) 我们来一,一讲解一下: 1 第一部分:电源组(标记为1的部分) 40脚接电源5V(右上角),20脚接电源负极...

    我是一名单片机工程师,下面的讲解你参考一下.

    51单片机共有40只引脚.下面这个就是最小系统原理图,就是靠这四个部分,这个单片机就可以运行起来了.(看下面的数字标记,1234)

    .

    在这里插入图片描述

    我们来一,一讲解一下:

    1 第一部分:电源组(标记为1的部分)

    在这里插入图片描述

    40脚接电源5V(右上角),

    20脚接电源负极(左下角),

    在单片机里面,负极也可以叫GND或者”地”,

    我们在单片机的应用中,习惯说负极为”地”,上面GND就是英文ground的缩写,翻译过来就是"地"的意思.

    .
    .

    2 第二部分:晶振组(标记为2的部分)
    .

    在这里插入图片描述

    11.0592M晶振Y1与单片机的18,19脚并联,因为这两只脚,就是晶振的工作引脚.

    22p电容C2一端接18脚,一端接地.

    22p电容C3一端接19脚,一端接地.

    这两个电容,我们在10~30P之间选择都是可以的,主要作用是,过滤掉晶振部分的高频信号,让晶振工作的时候更加稳定.
    .
    .

    3 第三部分:复位组(标记为3的部分)

    在这里插入图片描述

    10u电容C1正极接电源5V,C1负极接单片机的复位脚,第9脚.

    1K电阻R17一端接单片机的复位脚,第9脚,一端接地.

    就是通过这个10u和1k,就可以让单片机一开始供电时候,单片机自动复位,从零开始执行程序,这个就是复位的概念.

    .
    .

    4 第四部分:其它功能组(标记为4的部分)

    在这里插入图片描述

    这个脚是存储器使用选择脚,当这个脚接"地"时,那么就是告诉单片机,选择使用外部存储器,当这个脚接"5V"时,说明单片机使用内部存储器.

    如果选择外部的存储器,太浪费单片机仅有的资源,所以这一脚永远接电源5V(如上图所示),使用单片机的内部存储器.

    5 如果内部存储器不够容量,最多选择更高级的容量,就可以解决容量不够的问题了,就是这么简单

    一天入门51单片机:点我学习

    我是岁月哥,愿你学习愉快!

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  • 单片机最小系统及其原理图

    万次阅读 2016-06-14 18:09:56
    单片机最小系统介绍  单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。最小系统原理图如图4.1所示。 图4.1最小系统电路图    电源供电模块 图4.1.1 电源模块电路图 ...

        单片机最小系统介绍

        单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。最小系统原理图如图4.1所示。


    图4.1最小系统电路图

     

        电源供电模块

    单片机最小系统电源模块电路图
    图4.1.1 电源模块电路图

        对于一个完整的电子设计来讲,首要问题就是为整个系统提供电源供电模块,电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。51单片机虽然使用时间最早、应用范围最广,但是在实际使用过程中,一个和典型的问题就是相比其他系列的单片机,51单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象,克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。

        此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给,也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。电源电路中接入了电源指示LED,图中R11为LED的限流电阻。S1 为电源开关。

        复位电路

    单片机最小系统复位电路图
    图4.1.2 复位电路图

        单片机的置位和复位,都是为了把电路初始化到一个确定的状态,一般来说,单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态,而在单片机内部,复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。

        单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容,实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。

        复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。

        (1)上电复位:STC89系列单片及为高电平复位,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,这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。

        (2)按键复位: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。

        振荡电路

        委屈
    图4.1.3 振荡电路图

        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,单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。

        在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。

        单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。

        晶振通常与锁相环电路配合使用,以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号,可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。

        STC89C51使用11.0592MHz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,电容容量一般在15pF至50pF之间。

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  • 单片机最小系统

    千次阅读 2013-11-29 16:45:16
    单片机最小系统,或者称为最小应用系统,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. 下面给出一个51单片机的最小系统电路图. 说明 ...

    单片机最小系统,或者称为最小应用系统,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.
    下面给出一个51单片机的最小系统电路图.



    说明
    复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍.
    晶振电路: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)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作)
    单片机:一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机
    特别注意:对于31脚(EA/Vpp),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.这一点是初学者容易忽略的.

       
    复位电路:
    一、复位电路的用途
    单片机复位电路就好比电脑的重启部分,当电脑在使用中出现死机,按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。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,按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。
    单片机复位电路如下图:



    二、复位电路的工作原理
    在书本上有介绍,51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2US就可以实现,那这个过程是如何实现的呢?
    在单片机系统中,系统上电启动的时候复位一次,当按键按下的时候系统再次复位,如果释放后再按下,系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。
    开机的时候为什么为复位
    在电路图中,电容的的大小是10uF,电阻的大小是10k。所以根据公式,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)。
    按键按下的时候为什么会复位
    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。

    总结:
    1、复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号,只要保证电容的充放电时间大于2US,即可实现复位,所以电路中的电容值是可以改变的。
    2、按键按下系统复位,是电容处于一个短路电路中,释放了所有的电能,电阻两端的电压增加引起的。

    51单片机最小系统电路介绍
    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,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15~33pF,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。
    设置定时器模式时,加1计数器是对内部机器周期计数(1个机器周期等于12个振荡周期,即计数频率为晶振频率的1/12)。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。

    设置为计数器模式时,外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入,而下一周期又采样到一低电平时,则计数器加1,更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期,因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时,最高计数频率不超过1/2MHz,即计数脉冲的周期要大于2 ms。

    展开全文
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  • 51单片机最小系统的绘制

    千次阅读 2016-09-11 21:07:49
    第一步:安装AD9软件 第二步:打开AD9,新建工程 ...第三步:继续新建原理图文件和PCB文件,新建的文件都会被保存到刚刚新建的工程中 ...像上图一样,右击工程名,选择Save Projrct As这个选项
  • 51单片机最小系统(含原理图和PCB)

    热门讨论 2009-11-27 17:08:59
    51单片机最小系统(含原理图和PCB),我们学校单片机课程的实验板,非常实用,带AD、流水灯、数码管、蜂鸣器、eprom
  • AT89C51单片机最小系统

    2009-08-02 06:50:01
    一个很好的功能强大的单片机最小系统原理图,除了拥有单片机最小系统的基本组成部分外,还拥有排针对外进行扩展。
  • 51单片机最小系统板制作过程

    万次阅读 2018-11-22 12:58:38
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  • 51单片机最小系统工程文件,包括详细原理图、PCB、常用3D封装库,详细原理可查看我的博客。
  • 自己画的PCB图,51单片机最小系统,可以直接打印腐蚀做板。用来节省大家的时间。不过,用的时候可以把排针引脚调节得大一些,不然打孔的时候,就打得大一些。
  • MCS51单片机最小系统设计MCS51
  • 51单片机最小系统的制作

    万次阅读 2018-02-04 21:12:09
    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...
  • 介绍有关51单片机设计时的注意事项,很有用哦
  • 51单片机最小系统的制作和程序烧录

    万次阅读 2017-09-06 13:06:54
    这篇博客就来分享一下51单片机最小系统的制作以及怎么下载程序 首先准备的材料有:一块板子,一块89c51/52的芯片,一个51芯片插座,12MHZ的晶振,一个10的电阻,一个10uf的电解电容 两个20-33pf的瓷片电容,线...
  • 基于51单片机最小系统PCB Altium designer 原理图+PCB
  • 51 单片机 最小系统 USB下载 编程器 原理图 + usb驱动 双晶振 对51单片机爱好者很实用。
  • 学习笔记之-51单片机最小系统搭建

    万次阅读 2017-02-11 17:07:27
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  • 这个51单片机最小系统板原理图是经过实践检验的完美的烧写系统和仿真系统电路图
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  • 51单片机最小系统

    千次阅读 2019-01-24 16:10:08
    51单片机最小系统板最小系统板所需物品焊接注意烧录 最小系统板 许多学习51单片机的新手都会做一个51最小系统板,下面是笔者在学习过程的一些经历: 所需物品 1.万用板(7^5cm或其他) 1块 2.51(52)单片机 1块 3....
  • 资料里含stc51单片机最小系统原理图,usb转串口CH340驱动,编写程序软件,烧录软件,各种基础例程,参考文档,51单片机下载程序教程等
  • c语言编程,基于51系列单片机的基本设计,单片机最小系统的设计
  • 51单片机最小系统——复位

    千次阅读 2015-12-22 23:01:34
    单片机系统中,系统上电启动的时候复位一次,当按键按下的时候系统再次复位,如果释放后再按下,系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。  开机的时候为什么为复位 在电路图中,...
  • 51单片机最小系统Protel99SE原文件

    热门讨论 2010-08-03 16:31:59
    51单片机最小系统Protel99SE原文件 原理图和PCB图
  • 单片机(Single Chip Microcomputer),又称单片微型计算机,它将CPU 、RAM ROM I/O接口 定时/计数器 中断系统等部件集成在同一硅芯片中,是一种大规模集成电路芯片。

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单片机最小系统