51单片机最小系统的构成

Baekhyn0506 2023-07-15 9463

控制/MCU

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描述

前言

在基础篇01中，我们完成了51单片机开发环境的搭建，本节我们正式学习51单片机，51单片机要工作，光靠一个芯片肯定是不行的，它必须搭配相应的外围电路，我们把能使51单片机工作的最简单基础的电路统称为51单片机最小系统。

一、最小系统的构成

1.晶振电路

由于单片机正常工作需要一个时钟，因此就需要在其晶振引脚上外接晶振我们使用的STC89CXX 单片机晶振引脚是18 和19 脚），至于需要多大晶振这就取决于你所使用的单片机，由于我们使用的是51单片机，其时钟频率可在0-40MHZ 上运行，一般情况下我们建议选择12M（适合计算延时时间）或者是11.0592M（适合串口通信）。晶振电路如下图所示：

51单片机

若直接将此晶振接入单片机晶振引脚，会发现系统工作不稳定，这是因为晶振起振的一瞬间会产生一些电感，为了消除这个电感所带来的干扰，可以在此晶振两端分别加上一个电容，电容的选取需要无极性的，另一端需要共地。根据选取的晶振大小决定电容值，通常电容可在10-33PF 值范围内选取。我们使用的是33PF 电容。这样一来就构成了晶振电路。只有保证晶振电路稳定，单片机才能继续工作。

2.复位电路

我们知道单片机引脚当中就有一个RST 复位引脚，而STC89CXX 单片机又是高电平复位，所以只需要让这个引脚保持一段时间高电平就可以。要实现此功能通常有两种方式，一种是通过按键进行手动复位，还有一种是上电复位，即电源开启后自动复位。手动复位是通过一个按键及电容电阻所组成，利用按键的开关功能实现复位，按键按下后VCC 直接进入到单片机RST 引脚，松开后VCC 断开，RST 被电阻拉为低电平。这一合一开就实现了手动复位。而自动复位主要是利用RC 充放电功能，电源已开启，由于电容通交隔直，VCC直接进入RST，然后电容开始慢慢充电，直到充电完成，此时RST 被电阻拉低。这样就起到上电复位的效果。这里我们采用手动复位。不到系统崩溃，我们几乎不会操作复位。复位电路如下图所示：

51单片机

51 单片机是高电平复位，即J32 端子处会有一个黄色跳线帽短接RST 和HRST，当按下按键RSTK1，VCC 直接连接到RST 复位脚，VCC 是高电平所以系统复位。如果所使用单片机需要低电平复位，即将J32 端子黄色跳线帽短接RST 和LRST，此时当按下按键RSTK1，VCC 输入到Q2 三极管基级，Q2 截止，此时LRST 为低电平复位。

3.电源电路

STC89CXX 单片机的工作电压是3.3-5.5V 范围，通常我们使用5V 直流。将电源接入到各芯片电源引脚即可。开发板电源电路如下图所示：

51单片机

JP4 为火牛接口，可使用5V 直流（电流在2A 之内均可）适配器接入，然后经过3.3V 稳压芯片转成3.3V，最终到J35 端子处，J35 是用于切换系统电源的，对于51 单片机，系统电源是5V，因此J35 端子上面黄色跳线帽会短接到2、3脚，此时VIN 即为5V。如果对于系统电源要求3.3V 的单片机，则J35 端子需短接到1、2，此时VIN 即为3.3V。开发板上还预留了P3 和P4（5V/3V/GND）端子，这些端子可以很方便的给外部模块连接电源。开发板上不仅可以使用火牛接口供电，还可以使用USB 口供电。其电路就是下载电路。

4.下载电路

程序要烧写到单片机内是通过上位机（PC 机）及对应的软件将编译器生成的

xxx.HEX 文件通过单片机串口写入进去。我们知道现在的笔记本电脑没有RS232 接口，所以要使用USB 转TTL 串口电平芯片来建立PC 机和单片机数据传输通路。通常使用CH340G 或者CH340C 芯片来完成电平转换。CH340G 需外接12M 晶振，而CH340C 内部自带晶振，所以可以不接外部12M 晶振。开发板上使用的是CH340C 芯片。开发板下载电路如下图所示：

51单片机

本电路是普中自主研发的一键自动下载电路，无需冷启动。主要依靠上位机软件（PZ-ISP）控制CH340 芯片的RTS 和DTR 脚输出，进而使MOS 管Q3 自动断电后上电，完成冷启动工作。

从上图可以知道，USB1 接口即为程序下载接口，D-和D+连接到CH340 芯片的D-和D+，然后CH340 芯片的串口TXD 和RXD 管脚就连接到单片机的串口（P3.0、P3.1）上，这里不是直接连接到单片机串口，而是通过J39 和J44 端子上黄色跳线帽（TXD-U 和TXD 短接，RXD-U 和RXD 短接）进行转接。这样做不仅可以让开发板USB 接口下载程序，还可以让单片机串口不受CH340 干扰，这样开发板也可以当成USB 转TTL 模块使用，该设计也是考虑WIFI、蓝牙等模块与串口通信不受干扰问题。

USB1 接口不仅可以作为程序下载口，还可以作为串口通信口，因为它本身就是实现串口下载。同时还可以作为电源供电口，可以看到USB1 的管脚1 就是5V电源脚，所以开发板的可以直接使用USB 线来供电，如果提供的USB 线有问题，可以使用安卓手机数据线，接口都是兼容的。当电源开关打开后，电源指示灯DP1 即会点亮，表明系统电源正常。

如果将J39 端子上黄色跳线帽（TXD-R 和TXD 短接，RXD-R 和RXD 短接）进行转接，则使用RS232 模块的DB9 进行程序下载，此时需要一根USB 转RS232线。

一头与DB9 接口连接，另一头与电脑USB 口连接，注意，RS232 的DB9 接口是不带电源的，所以还需要给开发板供电方可下载程序。

至此，我们就把51 单片机的最小系统介绍完，大家在制作最小系统时，可以参考我们的电路，这样成功几率会更高。

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