单片机硬件电路设计

单片机应用设计

概述

单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片 单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片集成电路。可以与少量外围电路构成一个小而完善的计算机系统。芯片内置和外围的电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、通信产品、智能玩具、汽车电子、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。

制等领域。

单片机类型

集中指令集（CISC）和精简指令集（RISC）–采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复

用，即所谓冯.诺伊曼结构。它的指令丰富，功

能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速度

受限，价格亦高。

–采用RISC结构的单片机，数据线和指令线分离

，即所谓哈佛结构。这使得取指令和取数据可同

时进行，且由于一般指令线宽于数据线，使其指

令较同类CISC单片机指令包含更多的处理信息

，执行效率更高，速度亦更快。同时，这种单片

机指令多为单字节，程序存储器的空间利用率大

大提高，有利于实现超小型化。

常用的几个系列单片机

MCS-51及其兼容系列：

–英特尔公司的MCS-51系列单片机是目前应

用最广泛的8位单片机之一，并且ATMEL、

PHILIPS、ADI、MAXIM、LG、

SIEMENS等公司都有其兼容型号的芯片。

这个系列的单片机具有运算与寻址能力强，

存储空间大，片内集成外设丰富，功耗低等

优点，其中大部分兼容芯片都含有片内

FLASH程序存储器，价格便宜。适合应用于

仪器仪表、测控系统、嵌入系统等开发。

PIC系列

–Microchip公司PIC系列单片机是CMOS工艺的

RISC结构8位单片机，这类单片机具有功耗低、

体积小、OTP（或FLASH）、内含看门狗和电

源监测、A/D、EEPROM、抗干扰能力强、价

格低廉等特点，特别适合应用于家电、消费电子

产品、仪表、玩具、计算机外设等领域。

单片机应用系统的硬件电路设计•一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两

部分内容：

–一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如

ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统

等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行

扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。

–二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围

设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转

换器等，要设计合适的接口电路。

系统的扩展和配置原则

•1、尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。

为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。

•2、系统扩展与外围设备应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。

•3、硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。

•4、系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。

•5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。

•6、外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。•7、尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性。

LED输出电路

键盘输入电路

阵列键盘动态扫描电路

LED数码动态扫描电路

串行SPI接口LED数码管及键盘管理器件ZLG7289A

蜂鸣器和继电器驱动电路

单片机和PC接口电路

SPI接口EEPROM的扩展

93C46

I2C接口的EEPROM扩展电路

串行LED显示的扩展

I2C接口EEPROM的扩展

基准电压源设计

1

23D9TL431R?

RES2

REFIN VCC 123D1TL431R3RES2REFIN R4RES2

R5POT2C1CAP 12V 图5 图6

ISD1420语音录放电路•ISD1420是单片录放集成芯片，它采用模拟号直接存储还原技术制成的，能录放20s语音

SPI接口AD电路

MAX1202

•高精度的10位D/A转换芯片TLC5615，同时采用TL431产生的高精度的2.5V参考电压基准源，其有输出的电压值增倍功能。单片机以SPI的方式驱动它产生电压，其精度可以达到1/210即达到0.1%，电路接法如图7所示。

SPI 接口D/D/ A的扩展