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1、 14.2 单片机最小系统单片机最小系统模块模块 4.2.1 设计目的及任务设计目的及任务 单片机最小系统一般应该包括单片机、时钟电路、复位电路等几部分。设计目的：了解单片机最小系统的构成；理解构成单片机最小系统的各部分的作用；熟悉 P0 口的内部结构和实际应用中提高负载能力的方法。设计任务：用 STC89C58RD+设计一个带复位电路和外部晶振的单片机最小系统。功能指标：晶振频率 11.059MHz，使 P0 口具有较强的负载能力，且有地址所存功能。设计要求：所设计的单片机最小系统应满足 EDP 实验仪系统设计要求，并能与整个系统有效结合。以下是一个单片机最小系统的设计范例及其相应电路的讲解
2、，仅供参考。4.2.1 单片机最小系统的组成单片机最小系统的组成 所谓系统就是可以独立实现某些特定功能的一个产品。如果功能相对简单，使用的MCU 的资源足够，那么一个 MCU 带一点非常少的辅助元件就可以实现一个最小系统。STC 89C58RD+内部有 32K 的 Flash 程序存储器，有 1280B 的 RAM，所以在最小系统中，只需加上时钟电路和复位电路就可以构成一个简单的系统。STC 89C58RD+芯片内部有一个高增益反相放大器构成内部自激振荡电路，其输入端为芯片引脚 XTAL1（19），其输出端为引脚 XTAL2（18）。STC 89C58RD+的振荡电路有以下两种形式。1）、内部
3、时钟方式 在 XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，组成并联谐振电路，构成稳定的自激振荡器，如图 4.3.1 所示，晶体振荡器的振荡频率决定单片机的时钟频率。21 图图 4.3.1 89C58RD+的内部时钟电路的内部时钟电路 2）、外部时钟方式 在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入惟一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。这时，外部的脉冲信号是经 XTAL2 引脚注入，如图 4.2.2 所示。189C58RDXTAL2 图图 4.2.2 89C58RD+外部时钟方式外部时钟方式 常见的复位电路有下列三种形式，如图 4.2.3 所示。1）
4、上电自动复位方式是在单片机接通电源时，对电容充电来实现的。上电瞬间，RST 端的电位与 VCC 相同。只要在 RST 端有足够长的时间保持阈值电压，单片机便可自动复位。2）按键电平复位方式通过使 RST 端经电阻与 VCC 电源接通而实现。3）按键脉冲复位方式利用微分电路产生的正脉冲实现复位。3 (1)上电自动复位上电自动复位 (2)按键电平复位按键电平复位 (3)按键脉冲复位按键脉冲复位 图图4.2.3 常见的复位电路常见的复位电路 4.2.3 设计内容设计内容 1、原理图及说明原理图及说明 EDP 试验仪单片机最小系统模块电路原理图如图 4.2.4 所示，图中时钟电路采用内部时钟方式，晶振
5、频率 11.0592MHz；复位电路采用按键电平复位；74LS373 是地址锁存器，用于在系统扩展时锁存外部设备的地址；排阻 RX1 是 P0 口的上拉电阻，用于提高 P0 口的负载能力。D7D6D5D4D3D2D1D0PSENEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U1
6、8031RXDTXDALERDWRRSTC10133pC10033pY111.0592R11KE122uVCCR2200K1SW-PBD03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11VCC20GND10U274LS373A7A0A1A2A3A4A5A6D7D6D5D4D3D2D1D0ALEC10.1uVCCX1X2VCCC20.1uVCCVCC123456789RX110lkVCCD7D6D5D4D3D2D1D0图图 4.2.4 STC 89C58RD+的最小系统的最小系统(STC 89C58RD+电路相同电路相同)
7、2、管脚管脚定义定义 EDP 试验仪单片机最小系统模块接口定义如图 4.2.5 所示。4 5V 5V P0.0 P0.1 P0.2 P1.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 A0 A1 A2 EA ALE P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P3.1 P2.0 GND GND 5V 5V P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD GND GND 图图 4.2.5 单片机最小系统单片机最小系统模块接口定义模块接口定义 3、调试步骤调试步骤 1）、按照印制电路板
8、焊接最小单片机系统模块电路板，焊接完毕，对照原理图认真检查一遍然后开始测试；2）、打开实验仪主控开关，用万用表检测 1、2、27、28 引脚输入的5V 电压是否正确，如果正常便可以检测最小单片机系统模块；3）、用示波器或频率计检测 41 引脚 ALE 是否以晶振 1/6 的固定频率输出正脉冲，若正常说明单片机和振荡电路工作正常；4）、运行一段程序，使单片机的 P1 口输出持续的高电平，用数字万用表检测 P1口的输出是否正确，若输出高电平，按下复位键，再检测 P1 的电平是否为低电平，若正常，说明单片机合复位电路工作都正常。4、思考和发挥部分思考和发挥部分 1）、在图 4.2.4 中，排阻 RX
9、1 的作用是什么，在单片机最小系统中，若不加排阻 RX1，对实验的结果有无影响？单片机最小系统模块 52）、EA引脚的功能是什么？若将EA不接，将产生什么后果？3）、若将系统的时钟改为 6MHz，对系统的性能有何影响？4.2.4、电子设计电子设计 DIY 设计要求：参考上述单片机最小系统的电路原理图，用 STC89C516RD+在 EDP 试验仪的面包板上自行完成一个带复位和晶振，且 P0 具有较强负载能力用于系统的扩展的单片机最小系统，画出电路原理图并完成相应的硬件设计。设计提示：1）试验仪面包板的引脚定义可参照图 4.2.5；2）提高 P0 口的负载能力除了可参阅上述加电阻的方式之外，还可以考虑采用 TTL型三态缓冲门电路 74LS244、74LS245；3）时钟和复位电路的选择可以参考 4.2.2 节的内容；4）STC89C516RD+的参数和性能可查阅相应的手册。5V 5V GND GND 5V 5V GND GND 单片机最小系统模块