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第11章 51单片机最小系统与实验板设计
 
什么是单片机最小系统
单片机是单片结构的微控制器(MCU),其特点就是高度单片集成,可以以比较低的成本来完成尽可能多的任务。单片机是将CPU、少量的RAM,ROM和外围模块(定时器、I/O口、串行通信口、PWM、A/D、D/A转换器等)都集成到同一块芯片上的单片计算机。虽然芯片的制造成本稍高点,但是整个系统的成本却能大幅度地降低。
单片机种类很多,分为高低档,ARM和DSP属于高档的单片机,而51系列等8位机为低档,16位单片机为中档。
以单片机为主,外围电路为辅组成的系统称为单片机系统。由最少外围电路组成、可使单片机工作的系统,称为单片机最小系统。
设计单片机系统硬件电路,首先是设计单片机最小系统,然后再根据控制任务的需求,增加外围电路。
单片机最小系统的设计是单片机硬件电路设计的基础,也是学****单片机硬件的过程,
单片机最小系统设计应该考虑的问题
 
单片机的硬件设计就是画出原理图,就是将单片机的引脚与其他元件的引脚连接在一起,连接时需要考虑引脚功能,信号逻辑电平以及时序,这些信息主要来自于单片机的数据手册(Data Sheet)。
单片机最小系统设计就是设计出单片机最小系统的原理图,设计中应该重点考虑如下问题。
单片机电参数
 
单片机的电参数在单片机的数据手册中,包含单片机的极限电参数(Absolute Maximum Rating)、静态电参数(DC Characteristics)和动态参数(AC Characteristics)。
1. 极限电参数
极限电参数主要包括电源电压、引脚输入电压和输出电流、环境温度的极限范围。若是单片机工作中超过极限范围,则有可能对单片机造成永久损坏。
2. 静态电参数
又称为直流电参数,主要是引脚的输入逻辑电平与电流、输出逻辑电平与电流,单片机的静态电源电流等参数。在单片机引脚与其他电路相连接时,应该保证3点:
(1)噪声容限是正值。
(2)具有足够的驱动电流。
(3)高电压侧对低电压侧不造成损坏。
3. 动态电参数
又称为交流电参数,主要是单片机的控制引脚(例如时钟信号、读写信号,总线控制信号等)的时序、延迟时间、脉冲宽度等参数。
单片机的静态电参数可用于确定引脚的驱动能力;例如,引脚需要驱动发光二极管,究竟采用低电平还是高电平驱动的问题,就必须查看静态电参数。而在单片机外扩存储器时,就应该查看动态电参数,因为动态电参数提供了单片机的读写信号时序。
单片机引脚功能
 
单片机的引脚功能在数据表中描述,在设计单片机硬件之前,需要详细阅读。由于引脚少,单片机功能多,所以有些引脚具有几个功能。
引脚功能分类为:
1. 电源、地线类引脚
对于这类引脚,应该注意:
(1)单片机的内核电压与引脚电压是否不同。
(2)A/D转换模块是否具有独立的电源与地线引脚(独立的引脚可以消除数字部分电源对A/D转换模块造成的干扰)。
(3)实时时钟是否具有独立电源地线引脚。
2. 时钟引脚。
时钟引脚用于外接石英晶体与电容形成时钟电路,一般时钟引脚有两个,分别连接单片机内部反相器的输入和输出端。有些单片机有RC形式的内部振荡器,因此有外接电阻引脚。个别单片机有两组时钟引脚,一组用于低频振荡,一组用于高频振荡。
有些单片机有时钟输出引脚,这些引脚可以输出经过处理的时钟脉冲。
5. I/O引脚
I/O引脚是单片机输入/输出接口的引脚,这些引脚一般都与其他功能的引脚复用。部分引脚有具有中断功能(INT),还应该注意输入引脚的电路形式,如是否具有施密特输入结构。
6. 总线与总线控制引脚
有些单片机具有用于扩展外围器件的并行总线,除数据总线、地址总线外,还有控制引脚,例如对于89S51单片机的总线控制引脚是:地址锁存引脚ALE,外部程序读选通引脚PSEN,外部存取使能引脚EA。外部数据存储器写选通引脚WR, 外部数据存储器读选通引脚RD 。
7. A/D转换模块有关的引脚。
(1)模拟电压输入引脚,是否单端输入或是双端输入。
(2)模拟参考正电压引脚、负电压引脚。
(3)是否可以禁止数字功能。
8. 编程有关的引脚
单片机编程模式与正常运行模式切换引脚,单片机上电时,需要该引脚控制单片机是否进入运行或是编程模式,例如,89S51单片机就是用上电时的RST引脚的电平来切换正常运行或是编程模式的,当上电时,RST引脚为高电平,就进入串行ISP编程模式。有些单片机没有该切换引脚,例如STC系列单片机。
编程又叫烧写,就是把程序(一般是扩展名为HEX的文件或是BIN为后缀的二进制文件)写入FLASH存储器,一般分为并行编程与串行编程,并行编程需要专用的编程器,一般需要将芯片从电路