单片机最小系统的设计及制作

单片机最小系统的设计与制作

江西冶金职业技术学院刘昆山刘星慧

【摘要】本文通过讲解单片机的工作条件，设计并制作单片机最小系统，编写单片机C语言程序，调试单片机产品，掌握单片机产品开发的基本过程。

【关键字】单片机C语言，单片机入门，单片机最小系统

一、单片机最小系统功能介绍

单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的以单片机为核心元件的可以正常工作的具有特定功能的单片机系统，是单片机产品开发的核心电路。

图1单片机最小系统成品图

本制作采用单片机C语言编程，主要能完成单灯闪烁的任务，通过AT89S51单片机控制一个LED的亮与灭，实现闪烁现象。同时应具有上电复位和手动复位，并且使用单片机片内程序存储器存放用户程序。

二、知识点讲解

1、AT89S51单片机简介

AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K 的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储器技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集成的Flash程序存储器既可在线编程（ISP），也可用传统方法进行编程。

单片机的应用可以理解为是单片机芯片通过其引脚控制各种不同的外围电路，实现各种具体功能，所以要学好单片机技术，必须先了解单片机的引脚功能。AT89S51采用了40引脚的双列直插DIP封装形式，实物图如图2所示，引脚配置图如图3图4所示。

图2 AT89S51实物图图3 AT89S51引脚图

图4 AT89S52引脚图

2、引脚功能介绍

IO口灌（流进）电流大，拉（流出）电流小。

P0：漏极开路的双向IO口,使用时，当电流流出需外加上拉电阻

外部地址数据总线，可带八个TTL负载

P1：准双向口(当作输入口用时，须将IO口置1(P1=0XFF;i=P1;))，可带四个TTL负载

P1.0：T2定时计数器2的外部脉冲输入及时钟输出

P1.1：T2EX定时计数器2的捕捉、自动重装的触发输入及减法计数控制

P1.5：MOSI,主动输出从动输入引脚，用于flash(闪存)编程

P1.6：MISO, 主动输入从动输出引脚，用于flash编程 P1.7：SCK, 同步时钟，用于flash编程 ISP编程时用

P2：准双向口，可带四个TTL负载

外部地址总线高八位

P3：准双向口，可带四个TTL负载

P3.0：RXD，串行输入

P3.1：TXD，串行输出

P3.2：INT0，外部中断0输入

P3.3：INT1，外部中断1输入

P3.4：T0，定时计数器0的外部脉冲输入

P3.5：T1，定时计数器1的外部脉冲输入

P3.6：/WR，外部数据存储器的写选能信号

P3.7：/RD，外部数据存储器的读选能信号

VCC：电源正极，工作电压范围：4.0v-5.5v。

GND：地

RST：复位端，高电平有效

XTAL1（clock in）、XTAL2(clock out)：时钟引脚，外接晶振和谐振电容（5-47PF），晶振的谐振频率范围：0hz--33Mhz，用作工控产品时不超过6MHZ。

常用晶振型号： 4MHZ，6MHZ，8MHZ，16MHZ，12MHZ，24MHZ，

5.5296MHZ，11.0592MHZ，22.1184MHZ，33.1776 MHZ

EA/Vpp：外部程序存储器的选通信号/编程电压输入

EA=0：使用外部程序存储器

EA=1：先使用内部程序存储器，后使用外部程序存储器

ALE/PROG：外部低八位地址总线锁存信号/编程脉冲输入，Fosc/6

PSEN：外部程序存储器的读选通信号

2、产品框图设计

对51系列单片机来说，单片机要正常工作，必须具有五个基本电路，也称五个工作条件：1、电源电路，2、时钟电路，3、

复位电路，4、程序存储器选择电路，5、外围电路。为了下载程序方便，增加一个ISP 下载电路。因此，单片机最小系统一般应该包括单片机、晶振电路、复位电路、外围电路、ISP 下载电路等，如图5所示： 图 5单片机最小系统框图

三、电路设计

我们把AT89S51单片机的40个引脚分成了四类：主电源输入引脚、时钟电路引脚、控制类引脚、输入输出I/O 口引脚。

1、电源电路设计

单片机芯片的第40脚为正电源引脚VCC ，一般外接+5V 电压。第20脚为接地引脚GND ，常见电源电路设计如图6所示：

12MHZ C1

30pF C230pF

XTAL2AT89S51

XTAL118

19

图6电源电路 图7时钟

单片机 时钟电路 复位电路

外围电路

电源电路 程序存储器选择电路 ISP 下载电路

电路

2、时钟电路设计

单片机是一种时序电路，必须要有时钟信号才能正常工作。单片机芯片的18脚（XTAL2）、19脚（XTAL1）分别为片内反向放大器的输出端和输入端，只要在18脚（XTAL2）和19脚（XTAL1）之间接上一个晶振，再加上2个30PF的瓷片电容即可构成单片机所需的时钟电路。常见的时钟电路如图7所示。

注意，当采用外部时钟时，19脚（XTAL1）接地，18脚（XTAL2）接外部时钟信号，本文就不详细讨论了。

3、复位电路的设计

单片机芯片的第9脚RST（Reset）是复位信号输入端。单片机系统在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循环状态等情况下都需要复位。复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51系列单片机的复位靠外部电路实现，信号从RST引脚输入，高电平有效，只要保持RST引脚高电平2个机器周期，单片机就能正常复位。

常见的复位电路有上电复位电路（如图8所示）和按键复位电路（如图9所示）两种。