51单片机最小系统实验报告

51单片机最小系统实验报告

1.实验目的：

1).学习、了解单片机原理，即单片机的各引脚功能、特殊功能寄存器、中断系统、定时/计数器和通信方式等；

2).了解指令系统，各指令的功能；

3).学习电路原理设计，PC板设计以及编排；

2.方案设计：

1)．最小系统部分的设计能够用于基本的数字信号处理，运行一些简单的程序。此部分主要包括电源电路、复位电路、时钟电路、USB 接口设计等；

2)．扩展电路的设计对于51最小系统CPU芯片等在芯片出厂时不可能让片内存储器的大小满足所有功能的要求，如果将片内存储器做太大，必然造成芯片成本的提高。所以合适的外部RAM、液晶、外部中断和串行接口电路设计等。

3.任务：51单片机最小系统的设计

1)CPU选择:STC15W4K系列

选择原因：a.宽电压（2.5V-5.5V）

b. 大容量4K字节SRAM和多组并行端口

c.16/32/56/61/63.5字节多选Flash程序储存器以及普通定时、计数器T0-T4外部管脚可掉电唤醒。

d.内置高精准时钟（5-28MHz任意设置）和集成MAX810专用复位电路

e.看门狗、对外输出时钟及复位

2).系统要实现的功能:

以UPU为核心器件，并利用外存储器对最小系统电路进行扩展。在介绍CPU基本特点的基础上，通过学习指导，开展出51单片机最小系统板。系统要实现以下功能，最小系统部分的设计能够用于基本的数字信号处理，运行一些简单的程序。此部分主要包括电源电路、复位电路、时钟电路、中断系统，USB 接口的设计和相对扩展等。

4.外围器件选择及说明：

1).外部RAM:IS62C256AL。ISSI的IS62C256AL是一个32Kx8位字长的低功耗CMOS静态随机存取存储器。IS62C256AL采用ISSI公司的高性能，低功耗CMOS工艺制造。

当/CE处于高电平（未选中）时，IS62C256AL进入待机模式。在此CMOS 输入标准的待机模式下，功耗低至150 μW(典型值)。

使用IS62C256AL的低触发片选引脚（/CE）和低触发输出使能引脚（/OE），可以轻松实现存储器扩展。低触发写入使能引脚（/WE）将完全控制存储器的写入和读取。

IS62C256AL在引脚上完全兼容其他32Kx8的塑料SOP或TSOP1封装的SRAM。

2).USB接口。接收、传送数据。

3).USB转串口芯片：CH340G。支持USB1.1或者USB2.0/USB3.0通信.具有仿真接口，可以升级外围串口设备,支持常用的MODE联络信号、STC全系

列芯片烧录和IRDA的SIR红外通讯。采用原装芯片，能进行高速稳定编程

4).实时时钟芯片：PCF856。PCF8563是带12C总线，具有极低功耗的多功能时钟／日历芯片。PCF8563的多种报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及中断输出功能使它能完成各种复杂的定时服务，甚至可为单片机提供看门狗功能。集成时钟电路、内部振荡电路、内部低电压检测电路（1．0V）以及两线制的12C总线通讯方式，不但使外围电路及其简洁而且也增加了芯片的可靠性，因而PCF8563是一种性价比极高的时钟芯片

5).8位LED，16位编码键盘。外部中断按键，中断指示灯。

5.Protel使用：

Protel99 SE主要由原理图设计系统、印制电路板设计系统和仿真调试系统三大部分组成。

1.原理图设计系统。

该系统是一个易于使用的具有大量元件库的原理图编辑器,主要用于原理图的设计。其分层组织设计功能、设计同步器、丰富的电气设计检验功能及强大而完善的打印输出功能，使用户可以轻松完成所需的设计任务。

2.印制电路板设计系统

该系统是一个功能强大的印制电路板设计编辑器,具有非常专业的交互式布线及元件布局的特点。用于印制电路板(PCB)的设计并最终产生PCB文件,直接关系到印制电路板的生产。Protel 99 SE的印制电路板设计系统可以进行多电源/接地层的布线设计,极大地减少了印制板设计的时间。

3.仿真调试系统

包含一个功能强大的基于SPICE 3f5的模/数混合信号仿真器,使设计者可以

方便地在设计中对一组混合信号进行仿真分析。

6.电路设计：

复位电路设计

内部带有复位电路，因此可以直接RS复位引脚外面接一个上拉电阻即可，这对于简化外围电路，减少电路板尺寸很有用处，但是为了调试方便经常采用手动复位电路

RAM

直接与CPU的16根地址线相连，RAM直接与CPU的16根数据线相连，RD 直接与CPU的读选择引脚RD相连，WE直接与dsp的写使能引脚WE相连PS 直接与CPU的程序处理器选择引脚PS相连，DS直接与CPU的数据存储器选择引脚DS相连，Mp/MC直接与CPU的微处理器/微控制器方式选择引脚相连

晶体振荡电路

通常使用片内振荡电路，与无源晶体、起振电容一起连接成三点式振荡器来产生稳定时钟。连接起振电容是为了保证正常的起振，对振荡频率的影响极小。无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差，通常需要精确匹配外围电路（用于信号匹配的电容、电感、电阻等），更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。

实时时钟

实时时钟电路的作用是产生32.768KHZ波形时钟信号。负责向开机电路提供所需的时钟信号，随时准备参与唤醒。

外部中断

使处理器在运行过程中对外部事件发出的中断请求及时地进行处理,处理完成后又立即返回断点,继续进行处理器原来的工作

4*4非编码键盘

按键以开关状态来设置控制功能或输入数据，这些按键只是简单的电平输入。信息输入是与软件功能密切相关的过程。键输入程序是整个应用程序的重要组成部分。

8位LED

显示单片机执行每条指令的时间，在系统时钟的作用下，内部各逻辑硬件产生各种所需脉冲信号而实现的“流水灯”

7.PCB板设计