单片机最小系统的电路设计
Protel-DXP最小单片机系统电路板设计
江西机电职业技术学院EDA课程设计报告班级：姓名：实训地点：指导教师：2013年 5月实训课题单片机最小系统电路设计一、实训目的1、熟悉Protel DXP的操作2、掌握用Protel DXP绘制原理图的方法3、掌握用Protel DXP制作PCB板的方法二、实训要求利用protel DXP软件完成单片机最小系统的PCB板的设计。
三、实训内容1、元件符号及封装编辑。
2、原理图绘制。
3、PCB板。
4、DRC报告。
四、报告内容、设计数据及附图1、电路原理基本分析2、电路模块功能的介绍。
（电源模块、单片机最小系统：复位电路、晶振电路（离X1，X2引脚近些，否则不易起振）、P1口LED电路）51单片机复位电路工作原理（网址：）1、复位电路的用途单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。
单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。
2、复位电路的工作原理在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。
所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。
开机的时候为什么为复位在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。
所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。
也就是说在电脑启动的0.1S内，电容两端的电压时在0~3.5V增加。
这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。
所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。
在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。
所以在开机0.1S 内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。
CAD 课程设计报告——51单片机最小系统的电路设计
CAD 课程设计报告摘要Introduction1.课题名称2. 单片机最小系统的组成原理及作用3. CAD的发展前途4. 设计要求5. 原理图6. CAD原理图7. PCB图8.总结参考文献摘要A VR单片机是1997年由A TMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。
A VR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。
A VR单片机主要特性：高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位 , 一直是衡量单片机性能的重要指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件。
A VR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆和单体高速输入/输出的方案，提高了指令执行速度(1Mips/MHz)，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。
故A VR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。
本设计采用分层叠式结构，底层为单片机外围硬件功能扩展层，顶层为ATmega16单片机集中系统层。
这样有利于兼用A VR跟51系列单片机的开发设计。
关键词： A VR单片机；开发板；单片机实验板；A Tmega16单片机；IntroductionA VR Microcontroller ATMEL Corporation in 1997 developed by the enhanced built-in Flash of the RISC (Reduced Instruction Set CPU) high-speed 8-bit RISC microcontroller. AVR microcontr oller can be widely used in computer peripherals, industrial real-time control, instrumentation, co mmunications equipment, household appliances and other fields.A VR microcontroller main features: high reliability, strong function, high speed, low power consu mption and low cost, has been an important indicator to measure performance of SCM, SCM also dominate the market, a necessary condition for survival.A VR microcontroller hardware structure to take the 16-bit 8-bit machine and the machine's compr omise strategy, that is kept by the local register stack and single high-speed input / output options, improved instruction execution speed (1Mips/MHz), enhanced functionality; while reduce the cost of peripheral administration, the relative simplifies the hardware structure and reduce costs. There fore, A VR microcontroller in software / hardware cost, speed, performance and cost optimization h as made a lot of balance, which is cost-effective microcontroller.The design uses a sub-stack structure, the underlying hardware extensions for the microcontroll er peripheral layer, the top layer of centralized systems for the ATmega16 microcontroller. It is a g ood used along with the 51 series A VR microcontroller development and design.Keywords: AVR microcontroller; development board;MCU Board; ATmega16 microcontroller;一．课题名称:51单片机最小系统的电路设计二．单片机最小系统的组成原理及作用：普遍来说，单片机又称单片微控制器，是在一块芯片中集成了CPU（中央处理器）、RAM（数据存储器）、ROM（程序存储器）、定时器/ 计数器和多种功能的I/O（输入/ 输出）接口等一台计算机所需要的基本功能部件，从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。
基于STC89C52单片机最小系统的设计
基于STC89C52单⽚机最⼩系统的设计基于STC89C52单⽚机最⼩系统的设计1 设计内容及要求设计题⽬：基于STC89C52单⽚机最⼩系统的设计及制作。
设计要求：输⼊信号为传感器、电压、电流、开关等形式，单⽚机型号可以⾃⼰选择（51,128,430等），输出控制信号为模拟电压或者数字信号，控制对象可以是电机（直流电机，步进电机）、开关、显⽰器等。
（注：可以采⽤单⽚机、传感器电路模块以及集成电路芯⽚制作。
）使⽤器材：感光板及常⽤PCB制版器材、常⽤电⼦装配⼯具、万⽤表、⽰波器及电⼦元器件（详见附录）。
2 STC89C52单⽚机2.1 STC89C52单⽚机简介单⽚微型计算机简称单⽚机，是典型的嵌⼊式微控制器（Microcontroller Unit），常⽤英⽂字母的缩写MCU表⽰单⽚机，它最早是被⽤在⼯业控制领域。
单⽚机由芯⽚内仅有CPU的专⽤处理器发展⽽来。
最早的设计理念是通过将⼤量外围设备和CPU集成在⼀个芯⽚中，使计算机系统更⼩，更容易集成进复杂的⽽对体积要求严格的控制设备当中。
⽤专业语⾔讲，单⽚机就是在⼀块硅⽚上集成了微处理器、存储器及各种输⼊/输出接⼝的芯⽚。
2.2 单⽚机的特点（1）⾼集成度，体积⼩，⾼可靠性单⽚机将各功能部件集成在⼀块晶体芯⽚上，集成度很⾼，体积⾃然是最⼩的。
芯⽚本⾝是按⼯业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗⼯业噪声性能优于⼀般通⽤的CPU。
单⽚机程序指令，常数及表格等固体化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在⼀个芯⽚内，故可靠性⾼。
（2）控制功能强为了满⾜对控制对象的要求，单⽚机的指令系统均有极丰富的条件：分⽀转移能⼒、I/O⼝的逻辑操作机位处理能⼒，⾮常适⽤于专门的控制功能。
（3）低电压，低功耗，便于⽣产携带为了便于⼴泛使⽤于便携式系统，许多单⽚机内的⼯作电压仅为 1.8V～3.6V，⼯作电流仅为数百微安。
（4）易扩展⽚内具有计算机正常运⾏所需的部件。
芯⽚外部有许多供扩展⽤的三总线及并⾏、串⾏输⼊/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应⽤系统。
单片机最小系统与电源电路
单片机最小系统介绍单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。
最小系统原理图如图4.1所示。
图4.1最小系统电路图电源供电模块图4.1.1 电源模块电路图对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。
51单片机虽然使用时间最早、应用范围最广，但是在实际使用过程中，一个和典型的问题就是相比其他系列的单片机，51单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。
此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给，也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。
电源电路中接入了电源指示LED，图中R11为LED的限流电阻。
S1为电源开关。
复位电路图4.1.2 复位电路图单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。
单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。
当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。
复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。
具体数值可以由RC电路计算出时间常数。
复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。
(1)上电复位：STC89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10K和10uF。
(2)按键复位：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。
振荡电路图4.1.3 振荡电路图单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。
单片机最小系统电路板设计
江西机电职业技术学院电子CAD实训报告班级姓名实训地点：实验楼电气系专业机房指导教师：2013年5月实训课题单片机最小系统电路设计一、实训目的1、熟悉Protel DXP的操作2、掌握用Protel DXP绘制原理图的方法3、掌握用Protel DXP制作PCB板的方法二、实训要求利用protel DXP软件完成单片机最小系统的PCB板的设计。
三、实训内容1、元件符号及封装编辑。
2、原理图绘制。
3、PCB板。
4、DRC报告。
四、报告内容、设计数据及附图1、电路原理基本分析。
2、电路模块功能的介绍。
（电源模块、单片机最小系统：复位电路、晶振电路（离X1，X2引脚近些，否则不易起振）、P1口LED电路）（1）电源供电模块图4.1.1 电源模块电路图对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。
单片机虽然使用时间最早、应用范围最广，但是在实际用过程中，一个和典型的问题就是相比其他系列的单片机，单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。
此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给，也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。
电源电路中接入了电源指示LED，图中R11为LED的限流电阻。
S1 为电源开关。
来源：/view/88152227192e45361066f53d.html（2）复位电路图4.1.2 复位电路图复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST 脚上产生不少于2个机周期的高电平.复位电路的用途单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。
单片机最小系统电路
未来展望与挑战
01
人工智能应用
随着人工智能技术的不断发展，未来单片机最小系统电路将更多地应用
于人工智能领域。通过集成神经网络算法和深度学习技术，可以实现更
加智能化的控制和应用。
02
安全性挑战
随着单片机最小系统电路应用的不断扩大，安全性问题也日益突出。未
来需要加强对单片机最小系统电路的安全防护和加密技术研究，确保系
分析最小系统电路在 单片机应用中的重要 性。
最小系统电路概述
最小系统电路的定义
是指能够使单片机正常工作的最基本 的电路，包括电源电路、时钟电路和 复位电路。
最小系统电路的作用
为单片机提供稳定的工作电压、准确 的时钟信号和可靠的复位信号，确保 单片机的正常运行。
02 单片机最小系统电路组成
电源电路
可靠性优化
提高抗干扰能力
通过增加滤波电容、采用差分信号传输等方式，提高系统的抗干 扰能力。
加强ESD保护
在关键信号线上增加ESD保护器件，提高系统的静电放电防护能 力。
优化布局布线
合理规划PCB布局布线，减小信号传输延迟和串扰，提高系统稳 定性。
06 单片机最小系统电路应用 与展望
应用领域介绍
设计调试接口电路，包括接口芯 片或模块与单片机的连接和参数 配置。
通过调试工具与调试接口连接， 实现对单片机的在线编程和调试 功能。
04 单片机最小系统电路测试 与验证
测试方案制定
确定测试目标
明确要测试的单片机型号、功能及性能指标，以及最小系统电路的 基本构成和预期功能。
设计测试用例
根据测试目标，设计针对不同功能模块和性能指标的测试用例，包 括正常情况下的操作测试和异常情况下的容错测试。
单片机最小系统实验报告
单片机最小系统实验报告
实验目的：
本实验目的是探究微处理器系统最小化原理并实际运用该原理设计一个基于单片机主控的最小系统，用来分析各部件之间的作用以及学习计算机系统的操作。
实验设备：
1．单片机主芯片：亚宝半导体C02晶振
2．外部电路元器件：2个8位数据输入输出口，4个4位数据的输入输出口，4个开关，10K水银温度计，7个键盘，1个指示灯。
实验步骤：
1. 设计单片机最小系统电路：根据实验指导书绘制单片机最小系统电路图，接线涉及到的所有元器件，并标注出每个元器件的引脚号。
2. 编写相关的程序：根据实验的要求，编写相关的CH02语言程序来完成IO口的输入输出功能。
3. 上传程序：将编写的程序用串口烧录到单片机内存中
4. 测试程序：检查所有的管脚，检查程序的正确性，根据程序要求使用按键输入信号，测试输出结果。
实验结果：
在实验过程中，我发现单片机最小系统电路设计较为简单，只需要有基本的电路和编程知识，即可完成本次实验。
经过多次修改和测试，我可以得出程序正确运行的结论。
经过本次实验，我深刻理解了计算机系统的结构，学会了io口的编程，还认识了有关电子元器件的基本用途和功能，研究了系统的最小化原理，以及其背后的道理。
更重要的是，本次实验提高了我的动手能力和分析问题的能力。
51单片机最小系统电路图及实验
51单片机最小系统电路图及实验(含调试程序)--------------------------------------------------------------------------------51单片机最小系统电路图及实验一、任务开发单片机最小系统二、任务分析:该系统具有的功能:（1）具有2位LED数码管显示功能。
（2）具有八路发光二极管显示各种流水灯。
（3）可以完成各种奏乐,报警等发声音类实验。
（4）具有复位功能。
三、功能分析（1）两位LED数码管显示功能，我们可以利用单片机的P0口接两个数码管来现这个功能；（2）八路发光二极管显示可以利用P1口接八个发光二极管实现这个功能；（3）各种奏乐、报警等发声功能可以采用P2.0这个引脚接一蜂鸣器来实现。
（4）利用单片机的第9脚可以设计成复位系统，我们采用按键复位；利用单片机的18、19脚可以设计成时钟电路，我们利用单片机的内部振荡方式设计的。
四、设计框图五、最小系统电路图设计根据本系统的功能，和单片机的工作条件，我们设计出下面的电路图。
六、元器件件清单的确定：数码管：共阴极2只（分立）电解电容：10UF的一只30PF的电容2只220欧的电阻9只4.7K的电阻一只1.2K的电阻一只4.7K的排阻一只，12MHZ的晶振一只有源5V蜂名器一只AT89S51单片机一片常开按钮开关1只紧锁座一只（方便芯取下来的，绿色的）发光二极管（5MM红色）8只万能板电路版15*17CMS8550三极管一只4．5V电池盒一只，导线若干。
七、硬件电路的焊接按照原理图把上面的元件焊接好，详细步骤省略。
八、相关程序设计针对上面的电路原理图，设计出本系统的详细功能：（1）、第一个发光二极管点亮，同时数码管显示“1”。
（2）、第二个发光二极管点亮，同时数码管显示“2”。
（3）、依次类推到第八个发光二极管点亮，同时数码管显示“8”。
以上出现的是流水灯的效果（4）、所有的发光二极管灭了，同时数码管现实“0”。
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以下介绍单片机最小系统，单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分组成。
对于一个完整的来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。
1、电源
在使用STC89C52RC单片机的时候，工作电压：5.5V-3.4V（5V单片机），这个地方就说明我们这个单片机正常的工作电压是个范围值，只要电源VCC在5.5V到3.4V之间都可以正常工作，电压超过5.5V是绝对不允许的，会烧坏单片机，电压如果低于3.4V，单片机不会损坏，但是也不能正常工作。
2、振荡电路
单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。
晶振
晶振通常分为无源晶振和有源晶振两种类型，无源晶振一般称之为crystal （晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。
有源晶振是一个完整的谐振振荡器，他是利用石英晶体的压电效应来起振，所以有源晶振需要供电，当我们把有源晶振电路做好后，不需要外接电路，它就可以主动产生振荡频率，并且可以提供高精度的频率基准，信号质量比无源信号好。
有源晶振通常有4个引脚，VCC，GND，晶振输出引脚和一个没有用到的悬空引脚。
无源晶振有2个或3个引脚，如果是3个引脚的话，中间引脚是晶振的外壳，使用时要接到GND，两侧的引脚就是晶体的2个引出脚了，这两个引脚作用是等同的，就像是电阻的2个引脚一样，没有正负之分。
对于无源晶振，就是用我们的单片机上的两个晶振引脚接上去即可，而有源晶振，只接到单片机的晶振的输入引脚上，输出引脚上不需要接，如图1和图2所示。
图1 无源晶振接法
图2 有源晶振接法
3、复位电路
我们先来分析一下我们的复位电路，如图3所示。
图3 单片机复位电路
当这个电路处于稳态时，电容起到隔离直流的作用，隔离了+5V，而左侧的复位按键是弹起状态，下边部分电路就没有电压差的产生，所以按键和电容C11以下部分的电位都是和GND相等的，也就是0V电压。
我们这个单片机是高电
平复位，低电平正常工作，所以正常工作的电压是0V电压，完全OK，没有问题。
4、独立按键
通常的按键分为独立式按键和矩阵式按键两种，独立式按键比较简单，并且与独立的输入线相连接，如图4所示
图4 独立式按键电路图
4条输入线接到单片机的IO口上，当按键K1按下时，+5V通过电阻R1然后再通过按键K1最终进入GND形成一条通路，那么这条线路的全部电压都加到了R1这个电阻上，KeyIn1这个引脚就是个低电平。
当松开按键后，线路断开，就不会有电流通过，那么KeyIn1和+5V就应该是等电位，是一个高电平。
我们就可以通过KeyIn1这个IO口的高低电平来判断是否有按键按下。
这个电路中按键的原理我们清楚了，但是实际上在我们的单片机IO口内部，也有一个上拉电阻的存在。
我们的按键是接到了P2口上，P2口上电默认是准双向IO口，我们来简单了解一下这个准双向IO口的电路，如图5所示。
图5 准双向IO口结构图
当内部输出是高电平，经过一个反向器变成低电平，NPN三极管不会导通，那么单片机IO口从内部来看，由于上拉电阻R的存在，所以是一个高电平。
当外部没有按键按下将电平拉低的话，VCC也是+5V，他们之间虽然有2个电阻，但是没有压差，就不会有电流，线上所有的位置都是高电平，这个时候我们就可以正常读取到按键的状态了。
当内部输出是个低电平，经过一个反相器变成高电平，NPN三极管导通，那么单片机的内部IO口就是个低电平，这个时候，外部虽然也有上拉电阻的存在，但是两个电阻是并联关系，不管按键是否按下，单片机的IO口上输入到单片机内部的状态都是低电平，我们就无法正常读取到按键的状态了。
5、矩阵按键
矩阵按键和独立按键的关系
我们在使用按键的时候有这样一种使用经验，当需要多个按键的时候，如果做成独立按键会大量占用IO口，因此我们引入了矩阵按键，如图6所示，使用了8个IO口来实现16个按键。
图6 矩阵按键
其实独立按键理解了，矩阵按键也简单，我们来分析一下。
图6中，一共有4组按键，我们只看其中一组，如图7所示。
大家认真看一下，当KeyOut1输出一个低电平，KeyOut2、KeyOut3、KeyOut4这三个输出高电平时，是否相当于4个独立按键呢。
图7 矩阵按键变独立按键
6.结语
本文介绍了单片机最小系统的电路设计，单片机系统里都有晶振，晶振通常分为无源晶振和有源晶振两种类型。
对单片机最小系统的电源模块、复位电路和振荡电路进行了详细的分析，理解单片机最小系统的设计对工程师是有利的。