单片机最小系统模块设计教程
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4.2 单片机最小系统模块 4.2.1 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
INT1 T0 T1 RD WR
GND GND
图 4.2.5
GND
单片机最小系统模块接口定义
3、调试步骤 1） 按照印制电路板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 1）、在图 4.2.4 中，排阻 RX1 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？
U2 74LS373
2 A0 A1 A2 A3
D 4 13 D 5 14 D 6 17 D 7 18
12 A 4 15 A 5 16 A 6 19 A 7 20 VCC
33p
E1
VCC
R1 1K
22u
R2 2K1 0
SW-PB
图 4.2.4
STC 89C58RD+的最小系统(STC 89C58RD+电路相同)
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，仅供参考。
4.2.1 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
4）STC89C516RD+的参数和性能可查阅相应的 手册。 ＋5V ＋5V
＋5V ＋5V
单片机最小系统模块
GND GND
GND GND
5
4
2）、 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 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 ；
2
(1) 上电自动复位
(2)Leabharlann Baidu
按键电平复位
(3)
按键脉冲复位
图4.2.3 常见的复位电路
4.2.3 设计内容
1、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。
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。
1
图 4.3.1 89C58RD+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。
89C58RD
1
XTAL2
图 4.2.2 89C58RD+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）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。
D D D D D D D D 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RX1 U1 1 2 3 4 5 6 7 8 10lk 13 12 C100 15 14 Y1 11.0592 C101 VCC X1 X2 RST 33p 31 19 18 9 RD WR 17 16 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 INT1 INT0 T1 T0 EA/VP X1 X2 RESET RD WR 39 D 0 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 8031 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 RXD TXD ALE/P PSEN 38 D 1 37 D 2 36 D 3 35 D 4 34 D 5 33 D 6 32 D 7 21 22 23 24 25 26 27 28 10 RXD 11 TXD 30 ALE 29 PSEN VCC C1 0 .1u VCC C2 0.1u D0 D1 D2 D3 3 D0 4 7 8 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 VCC 5 6 9
2、管脚定义 EDP 试验仪单片机最小系统模块接口定义如图 4.2.5 所示。
3
＋5V ＋5V P1.0 P1.2 P1.4 P1.6 RST TXD P1.1 P1.3 P1.5 P1.7 RXD INT0 单片机最小系统模块
＋5V ＋5V P0.0 P0.2 P0.4 P0.6 A0 A2 ALE P2.7 P2.5 P2.3 P3.1 P2.6 P2.4 P2.2 P2.0 GND P0.1 P1.3 P0.5 P0.7 A1 EA
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
INT1 T0 T1 RD WR
GND GND
图 4.2.5
GND
单片机最小系统模块接口定义
3、调试步骤 1） 按照印制电路板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 1）、在图 4.2.4 中，排阻 RX1 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？
U2 74LS373
2 A0 A1 A2 A3
D 4 13 D 5 14 D 6 17 D 7 18
12 A 4 15 A 5 16 A 6 19 A 7 20 VCC
33p
E1
VCC
R1 1K
22u
R2 2K1 0
SW-PB
图 4.2.4
STC 89C58RD+的最小系统(STC 89C58RD+电路相同)
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，仅供参考。
4.2.1 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
4）STC89C516RD+的参数和性能可查阅相应的 手册。 ＋5V ＋5V
＋5V ＋5V
单片机最小系统模块
GND GND
GND GND
5
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2）、 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 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 ；
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(1) 上电自动复位
(2)Leabharlann Baidu
按键电平复位
(3)
按键脉冲复位
图4.2.3 常见的复位电路
4.2.3 设计内容
1、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。
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。
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图 4.3.1 89C58RD+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。
89C58RD
1
XTAL2
图 4.2.2 89C58RD+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）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。
D D D D D D D D 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RX1 U1 1 2 3 4 5 6 7 8 10lk 13 12 C100 15 14 Y1 11.0592 C101 VCC X1 X2 RST 33p 31 19 18 9 RD WR 17 16 P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 INT1 INT0 T1 T0 EA/VP X1 X2 RESET RD WR 39 D 0 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 8031 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 RXD TXD ALE/P PSEN 38 D 1 37 D 2 36 D 3 35 D 4 34 D 5 33 D 6 32 D 7 21 22 23 24 25 26 27 28 10 RXD 11 TXD 30 ALE 29 PSEN VCC C1 0 .1u VCC C2 0.1u D0 D1 D2 D3 3 D0 4 7 8 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 VCC 5 6 9
2、管脚定义 EDP 试验仪单片机最小系统模块接口定义如图 4.2.5 所示。
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＋5V ＋5V P1.0 P1.2 P1.4 P1.6 RST TXD P1.1 P1.3 P1.5 P1.7 RXD INT0 单片机最小系统模块
＋5V ＋5V P0.0 P0.2 P0.4 P0.6 A0 A2 ALE P2.7 P2.5 P2.3 P3.1 P2.6 P2.4 P2.2 P2.0 GND P0.1 P1.3 P0.5 P0.7 A1 EA