单片机_最小系统原理解析

单

片

机

最

小

系

统

原

理

DOC格式.

一、题目：单片机最小系统

二、引言：

由于单片机技术在各个领域正得到越来越广泛的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机，在单片机家族的众多成员中，MCS-51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术及高可靠性和高性能价格比，迅速占领了工业测控和自动化工程应用的主要市场，成为国单片机应用领域中的主流。目前，可用于MCS-51系列单片机开发的硬件越来越多，与其配套的各类开发系统、各种软件也日趋完善，因此，可以极方便地利用现有资源，开发出用于不同目的的各类应用系统。

单片机最小系统是在以MCS-51单片机为基础上扩展，使其能更方便地运用于测试系统中，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被测试的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，称为在实时检测和自动控制领域中广泛应用的器件，在工业生产中称为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。本课题设计主要在MCS-51单片机上扩展I/O口，扩展定时器定时围，扩展键盘显示接口。适合于我们学生用于单片机的学习掌握和一些各种科研立项等的需求。因此，研究单片机最小系统有很大的实用意义。

三、关键字：

DevKit MCS51 Lite 、AT89S51、AD/DA、RS232串口、串行EEPROM存储器、蜂鸣

器、独立按键、LED、8段数码管。

四、目的要求

4.1 目的：

通过对单片机最小系统的研究，掌握单片机各引脚功能，理解单片机工作过程及原理，以及与各种外部扩展器件的连接，能够自己运用单片机来解决实际问题。

4.2 任务：

根据单片机最小系统的连接说明图，完成单片机最小系统的焊接以及调试。掌握Isplay、keil 等单片机相关软件的使用。理解小系统的工作原理，掌握实际运用单片机小系统。

五、系统原理

MCS51 Lite 是由电源、复位及振荡电路、蜂鸣器电路、RS232串口电路、八段数码管显示电路、按键及LED电路、串行存储器电路、AD/DA转换电路、JTAG下载接口、Byte Blaster II下载线等部分组成。

5.1 电源

电源接口电路图

MCS51 Lite的电源通过计算机的USB口供给，使用套件提供的USB A转B口电缆连接计算机USB口与开发板即可。在电源电路中接入了电源指示LED，使用330Ω电阻限流。并提供两个测试点来测量5V电是否正常。

5.2 复位及振荡电路

复位及振荡电路图

复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。AT89S系列单片及为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC 充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为8.2K和10uF。

按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。MCS51 LITE 使用22.1184MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。

5.3 蜂鸣器电路

蜂鸣器电路图

蜂鸣器使用PNP三极管进行驱动控制，板上使用的是直流蜂鸣器，当P3.7输出低电平时，蜂鸣器鸣叫。由于蜂鸣器为感性原件，可以在两端并接一个二极管来起到泄放作用。

5.4 RS232串口电路

RS232串口电路图

RS232串口电路使用MAX232CPE作为电平转换芯片，并通过套件提供的串口电缆连接

到计算机背后的COM口（9针D型口），用于MCS51 LITE与上位机通信以及和其他串口设备的数据交互。需要注意的是这里在电路板上对TxD和RxD进行了交叉，对应使用的DB9接头类型为Female，使用的线缆为延长线，也叫做直连线，线缆一头为Female一头为Male。如果电路板上不将RxD和TxD交叉，就应该采用Male类型的接头和交叉线缆(两头均为Female)连接。

5.5 八段数码显示管

数码管电路图

七段数码管电路图

MCS51 LITE包含两个共阳8段数码管显示器，使用动态扫描方式驱动。共阳极作为位选有PNP三极管驱动连接在P1.0和P1.1口，八位段选在通过330Ω限流后连接在单片机的P0口上。由于数码管是共阳的，所以当驱动信号为0时对应的数码管才点亮。

5.6 按键及LED电路

按键及LED电路图

开发板上提供了8个独立LED，由P2口控制，同样采用共阳级接法，所以只有当P2口输出低电平时LED才会点亮。这样做的主要原因是因为单片机的低电平驱动能力高电平强。

4个独立按键使用10K电阻上拉后连接到单片机的P3.2-P3.5口，中间串接的330Ω电阻起到限流作用。按键没有按下时口线上因为上拉而呈现高电平，当某个按键按下时对应口线会被连接到GND而变成低电平。

另外由于LED的反向截止特性以及按键上拉较弱，P2口及P3.2-P3.5口亦可以兼做通用IO 口使用，用来连接外部器件。MCS51 Lite板上也提供了插针方便连接。

5.7 串行存储器

串行存储器电路图

MCS51 Lite使用Atmel 93系列串行Flash存储器作为存储单元。使用93C46时可以存储1K bit的数据，93C56为2K、93C66为4K。存储器连接在单片机的P1.3、P1.2、P1.4和P1.6上，其中CS为片选信号，SCL为串行时钟，D为数据输入，Q为数据输出。ORG是存储位宽选择，当 ORG接VCC时，存储器为 16 位结构，接GND时存储器为8位结构。而当ORG引脚悬空时部的上拉电阻把存储器选择为16位结构。开发板上使用跳线帽P2来切换，将跳线帽短路为8位，断开相当为悬空，为16位。

5.8 AD/DA转换器

AD/DA转换器电路图

AOUT为模拟数据输出引脚，SCLK为读写时钟输入，DIN是数据输入引脚，DOUT为输入输出引脚。CS为芯片使能。

5.9 JTAG下载口

JTAG下载口电路图

JTAG接口为ISP下载接口，用于通过下载电缆将程序从计算机上下载到单片机中。

5.10 Byte Blaster II 下载线

Byte Blaster II 下载线电路图

用户可以通过ISPlay软件方便的对AT89S系列单片及编程。在对CPLD、FPGA编程时需要Altera Quartus II软件支持；对ARM编程时需要H-JTAG以及ADS等软件支持。

六、具体步骤

6.1 先按照说明书的器件规格要求，找到每个位置对应的具体器件，特别是电阻和三极

管的大小，单片机等各个芯片的缺口要与板子对应。