自制51單片機(jī)最小系統(tǒng)開發(fā)板

1.開發(fā)工具

硬件開發(fā)工具：

Altium Designer 17.1

編程開發(fā)工具：

KEIL 4

程序下載工具：

STC-ISP

串口驅(qū)動(dòng)：

CH341SER

2.單片機(jī)最小系統(tǒng)介紹

單片機(jī)（Microcontrollers）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。本文的單片機(jī)特指51單片機(jī)，具體芯片型號(hào)是STC89C52RC。需注意STC89C51,STC89C52，AT89C51,AT89C52都是51單片機(jī)的一種具體芯片型號(hào)。

2.1原理圖及PCB

原理圖

PCB
PCB的2D視角

PCB的3D視角


最小系統(tǒng)組成：

51單片機(jī)最小系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)、復(fù)位電路、晶振（時(shí)鐘）電路、電源

最小系統(tǒng)用到的引腳

1、主電源引腳（2根）
VCC：電源輸入，接＋5V電源
GND：接地線

2、外接晶振引腳（2根）
XTAL1：片內(nèi)振蕩電路的輸入端
XTAL2：片內(nèi)振蕩電路的輸出端

3、控制引腳（4根）
RST/VPP：復(fù)位引腳，引腳上

2.2電源

設(shè)計(jì)使用的電源接口是DC 5V。USB座可以查到手機(jī)充電口，電腦USB端取電。接好線路后，按下電源開關(guān)，單片機(jī)即可開始工作。

2.3復(fù)位電路

在電路圖中，電容的的大小是10uf，電阻的大小是10k。

在5V正常工作的51單片機(jī)中小于1.5V的電壓信號(hào)為低電平信號(hào)，而大于1.5V的電壓信號(hào)為高電平信號(hào)?？梢运愠鲭娙莩潆姷诫娫措妷旱?.7倍，即電容兩端電壓為3.5V、電阻兩端電壓為1.5V時(shí)，需要的時(shí)間約為T=RC=10K*10UF=0.1S。

也就是說在單片機(jī)上電啟動(dòng)的0.1S內(nèi)，電容兩端的電壓從0-3.5V不斷增加，這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為從5-1.5V不斷減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓），所以RST引腳所接收到的電壓是5V-1.5V的過程，也就是高電平到低電平的過程。

單片機(jī)RST引腳是高電平有效，即復(fù)位；低電平無(wú)效，即單片機(jī)正常工作。所以在開機(jī)0.1S內(nèi)，單片機(jī)系統(tǒng)RST引腳接收到了時(shí)間為0.1S左右的高電平信號(hào)，所以實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)復(fù)位。

在單片機(jī)啟動(dòng)0.1S后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時(shí)候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RST處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，開關(guān)導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)候電容兩端形成了一個(gè)回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個(gè)過程中，電容開始釋放之前充的電量。

隨著時(shí)間的推移，電容的電壓在0.1S內(nèi)，從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個(gè)時(shí)候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RST引腳又接收到高電平。單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。

2.4晶振電路

晶振基本概念 晶振全名叫晶體振蕩器，每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，晶振是由石英晶體經(jīng)過加工并鍍上電極而做成的，主要的特性就是通電后會(huì)產(chǎn)生機(jī)械震蕩，可以給單片機(jī)提供穩(wěn)定的時(shí)鐘源，晶振提供時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。 晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。

晶振起振后， 產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)會(huì)通過XTAL1引腳， 依次經(jīng)過振蕩器和時(shí)鐘發(fā)生器的處理，得到機(jī)器周期信號(hào)，作為指令操作的依據(jù)。51單片機(jī)常用的晶振是12M和11.0592M

3元器件清單及樣機(jī)焊接

3.1元器件清單

如果不想直接焊芯片到板子，可以買個(gè)下圖黑色的緊鎖座。規(guī)格選DIP40

3.2PCB板制作

方法1：學(xué)校實(shí)驗(yàn)室常用的DIY腐蝕電路板制作（略）
方法2：外發(fā)給專業(yè)的PCB工廠。推薦嘉立創(chuàng)https://www.jlc.com/#
可代發(fā)，需要請(qǐng)私信
空板正反面：

3.3焊接注意事項(xiàng)
直插電解電容，和LED燈是有正負(fù)極之分的。

電解電容正負(fù)極分辨：
1.看實(shí)物套管

2.看引腳長(zhǎng)短：
電解電容正極引線比較長(zhǎng)、負(fù)極稍短

LED燈正負(fù)極分辨：
1.引腳長(zhǎng)短也可以看出來(lái)，發(fā)光二極管的正負(fù)極，引腳長(zhǎng)的為正極，短的為負(fù)極。
2.萬(wàn)用表打到二極管檔，分別短接LED燈引腳，如果亮，紅表筆接的是正極。

3.4最終實(shí)物：

焊接好的實(shí)物如圖

4程序燒錄及測(cè)試

測(cè)試用的51單片機(jī)型號(hào)是STC89C52RC，是國(guó)產(chǎn)品牌宏晶科技STC量產(chǎn)的8051單片機(jī)。

4.1測(cè)試代碼

#include<reg52.h>
#include<intrins.h>
//數(shù)據(jù)類型定義
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int  uint;
uchar flag1s = 0;
uint one_sec_flag = 0;
sbit TEST_LED=P1^0;
void main()
{
	EA=1;	//開總中斷
	TMOD=0X01;//T0的工作模式為模式1
	TH0=0X4C;
	TL0=0X00;//11.0592M晶振 50ms定時(shí)初值
	ET0=1; //允許定時(shí)器1中斷
	TR0=1;//啟動(dòng)定時(shí)器0  
	while(1)
	{	

		if(flag1s)						//一秒刷新一次
		{
			TEST_LED = 0;
		}else{
			TEST_LED = 1;
		}	
	}
}

void Timer0() interrupt 1
{
	TH0=0XBB;
	TL0=0X00;
	if(++one_sec_flag<50){
		return;//提前結(jié)束函數(shù)
		}
		if(flag1s) 
		{
			flag1s = 0;
		}else{
			flag1s = 1;
		}		
	one_sec_flag=0;
}

編譯之后產(chǎn)生test.hex燒錄文件。

4.2下載器及下載驅(qū)動(dòng)
STC89C52單片機(jī)下載器實(shí)際上就是USB轉(zhuǎn)TTL串口，如下圖所示

驅(qū)動(dòng)：壓縮包中的CH341SER.EXE
先安裝驅(qū)動(dòng)才能下載代碼到單片機(jī)中。

4.3程序下載

硬件準(zhǔn)備：

下載器的RXD連接芯片的TXD(P30),下載器的TXD連接芯片的RXD(P31),本設(shè)計(jì)引出了芯片的RXD和TXD，如上圖所示連接即可。

軟件準(zhǔn)備：
STC-ISP.exe
雙擊打開
下載步驟

1選擇選擇單片機(jī)型號(hào)
2.選擇下載器的串口
3.打開編譯生成的HEX文件
4.點(diǎn)擊下載


此時(shí)，按下電源開關(guān)給單片機(jī)上電，下載軟件會(huì)識(shí)別出單片機(jī)，然后自動(dòng)下載程序。下載成功后會(huì)有提醒。

測(cè)試效果：測(cè)試LED燈一秒間隔閃爍。

測(cè)試視頻：