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：

（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。

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。

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）。

在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10k电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。

当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按

键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。

随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。

总结：

1、复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。

2、按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。

来源：

（3）单片机晶振电路原理及作用

在设计时钟电路之前，让我们先了解下单片机上的时钟管脚：

XTAL1（19 脚）：芯片内部振荡电路输入端。

XTAL2（18 脚）：芯片内部振荡电路输出端。

XTAL1 和XTAL2 是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振

的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。

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。

在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。

单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。

晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。

下面我就具体的介绍一下晶振的作用以及原理，晶振一般采用如图1a的电容三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路；实际的晶振交流等效电路如图1b，其中Cv是用来调节振荡频率，一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现，这也是压控作用的机理；把晶体的等效电路代替晶体后如图1c。其中Co，C1，L1，RR是晶体的等效电路。