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  • 51单片机最小系统原理图,...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。
  • 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...

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    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,

    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。

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  • 单片机最小系统

    2019-08-13 10:32:24
    单片机工程师在面试的过程中,经常会碰到一些相同的问题,笔者总结了十个提问率较高的问题,供大家参考。现在我们来分析单片机工程师常遇面试问题之四:请画出一款...首先我们来看一下单片机最小系统的简图,如...

    单片机工程师在面试的过程中,经常会碰到一些相同的问题,笔者总结了十个提问率较高的问题,供大家参考。现在我们来分析单片机工程师常遇面试问题之四:请画出一款单片机的最小系统?
    我们先从字面意思来理解这个题目,最小系统可以理解为让单片机工作的最简单的线路,其实单片机的最小系统可分为三部分:1-电源部分;2-晶振部分;3-复位部分。下面我将为您详细分析这三个部分。
    首先我们来看一下单片机最小系统的简图,如图(1)。这个是作者亲手画的,是不是觉得外围器件很少?其实单片机有了这些外围器件就可以工作了,看到这里,是不是觉得很简单?其实这里面还是很有学问的滴!!
    在这里插入图片描述
    图(1)单片机最小系统
    我们来看电源部分,单片机供电时有范围的,这个范围要去查找单片机的参考手册才知道,常用+3.3V和+5V电源供电。以STM8S003F3为例子,如图(2),从手册上来看,我们可以清楚的了解到这颗单片机供电范围是2.95V-5.5V,但是如果输入电压不在这个范围呢,比如说是+12V,那这个时候就不能直接给单片机供电了,我们需要把这个+12V电源转换成单片机输入电压的范围。这个时候就需要增加一个稳压IC了,比如HT7533-1这颗IC,它的输入电压范围是+3.3-30V,输出为3.3V。这样我们就可以稳定为单片机提供一个3.3V的电源了,稳压线路参考图(3)。
    在这里插入图片描述
    图(2)单片机输入电源范围
    在这里插入图片描述
    图(3)HT7533-1稳压线路
    晶振之于单片机就相当于心脏之于人一样,晶振为单片机提供一个“心跳”,不同的是人的心跳只有60-100Hz左右,而单片机的心跳却可以很高并且可以根据需要做出改变(不能超过单片机最高时钟频率)。现在单片机基本上都有内部晶振,相对于外部晶振来说,内部晶振误差会大一点,一般在3%左右,但这个内部晶振可以满足绝大部分需求,增加外部晶振一般是为了减少系统时钟误差或者让单片机达到更高的主频。单片机会有两个引脚为外部晶振的输入口,如图(1)所示,晶振的两端接这两个IO口,并分别在竞争的两端接电容到地,这两个电容取值在10~30P之间即可,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。具体线图可以参考图(4)。
    在这里插入图片描述
    图(4)晶振线路

    单片机上电需要进行一次复位,所以单片机最小系统需要外加上电复位电路。单片机会有一个复位引脚,一般为低电压复位,即输入为低电平的时候,单片机复位。如图(1)所示,上电复位电路为一个10K电阻和一个104电容组成,这个电路的工作原理是什么呢?下面我们来具体分析一下:当单片机开始上电时,由于电容两端电压不能突变,所以电容的的电压会通过这个10K的电阻充电而上升到VCC电压,也就是说单片机复位引脚有一段时间为低电平,如果这个低电平时间超过单片机复位所需要的时间,那么单片机在上电的过程中便会复位一次,所以这个电阻和电容的值时不能随便选的,一般用10K和104即可。参考电路如图(5)
    在这里插入图片描述
    图(5)复位电路

    下图时作者所画STM8S003F3 demo线路图,如有需要的小伙伴可以关注作者,并且在文章评论区留言即可,作者将会把下载链接分享给你,谢谢~~
    在这里插入图片描述

    下图是作者所画STM8S003F3 demo线路图,如有需要的小伙伴可以关注作者,并给作者留言“单片机最小系统”,即可获取该最小系统文件。解答。

    在这里插入图片描述

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  • 51单片机最小系统

    千次阅读 2018-03-27 12:35:08
    51单片机最小系统需要一个下载接口、电源、复位电路及晶振电路组成。 51单片机最小系统电路原理图 晶振电路实物图 11.0592是代表晶振频率越快,单片机的运行速度越快。 每个单片机的运行速度都是在...

    51单片机最小系统的组成

    51单片机最小系统的组成

    51单片机最小系统需要一个下载接口、电源、复位电路及晶振电路组成。

    51单片机最小系统电路原理图

    51单片机最小系统电路原理图

    晶振电路实物图

    这里写图片描述

    11.0592是代表晶振的频率越快,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30F的电容。

    51单片机led驱动原理

    典型的led控制电路1

    这里写图片描述

    典型的led控制电路2

    这里写图片描述

    GND代表接地,VCC代表电源, 这里写图片描述 代表 发光二极管。


    2018年3月27日12:32:24
    QQ:201309512

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  • 单片机最小系统详解

    千次阅读 2019-12-27 10:24:26
    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...

    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.

    单片机最小系统详解,你要知道的都在这里了
    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:

    单片机最小系统详解,你要知道的都在这里了
    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03.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从51.5V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。

    设置为定时器模式时,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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