基于C8O51F32O單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：單片機(jī)最小系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的可以工作的單片機(jī)系統(tǒng)。為了方便設(shè)計(jì)者自行開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，文章設(shè)計(jì)了基于一個(gè)通用的單片機(jī)的最小系統(tǒng)。該系統(tǒng)以C8051F320為主控芯片，設(shè)計(jì)了電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、串口通信電路和液晶顯示電路，并介紹了各部分的功能。實(shí)驗(yàn)證明改最小系統(tǒng)原理正確，工作可靠。可用于科研、電子電路設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；C8051F320；最小系統(tǒng)；電路設(shè)計(jì)

0 引言
單片機(jī)(MCU)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)時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，單片機(jī)以其自身的特點(diǎn)，己廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、家用電器、智能儀器、電子玩具市場(chǎng)。
本文的最小系統(tǒng)以C805 1 F320為主控芯片，C8051F320／1系列器件使用Silicon Labs的專(zhuān)利CIP-51微控制器內(nèi)核。CIP-51內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn)8052的所有外設(shè)部件，包括4個(gè)16位計(jì)數(shù)器／定時(shí)器、一個(gè)具有增強(qiáng)波特率配置的全雙工UART、一個(gè)增強(qiáng)型SPI端口、2304字節(jié)內(nèi)部RAM、128字節(jié)特殊功能寄存器(SFR)地址空間及25／21個(gè)I／O引腳。C8051F320片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試(不需仿真器)；支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、觀察／修改存儲(chǔ)器和寄存器，比使用仿真芯片、目標(biāo)仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)有更優(yōu)越的性能。

1 最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案
單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如ROM、RAM、I／O、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒O(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如電源、A／D、D／A轉(zhuǎn)換器等。要設(shè)計(jì)合適的接口電路。

此最小系統(tǒng)要求：電源，電路中我們可以用外部電源，也可以用自帶的充電電池；串口通信，能與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通信：時(shí)鐘，為CPU提供所需的時(shí)鐘或日歷；外接存儲(chǔ)器模塊；液晶顯示，可以按我們的要求顯示漢字、字符、數(shù)字及圖形。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
1．1 電源電路
系統(tǒng)中所有的芯片都是用的3V的電壓，選用的芯片是TPS78930，這是一種低壓差穩(wěn)壓器，與傳統(tǒng)的低壓差穩(wěn)壓器相比，具有超低的靜態(tài)電流。輸入電壓為4～10V，輸出電壓3V。輸出電流為100mA。在電源模塊中通過(guò)4個(gè)電容進(jìn)行電源穩(wěn)壓濾波，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。另外，我們的系統(tǒng)中帶可充電的鋰電池，充電芯片采用MAX1501，其輸入電壓為4．5～6．5V，輸出為4．2V電壓。電網(wǎng)電壓經(jīng)5V的適配器可以只給電池充電，也可以只給系統(tǒng)供電，或一邊給電池充電，一邊給系統(tǒng)供電。給電池充電過(guò)程中，充電指示燈RLED亮，電池充滿后，滿電指示燈亮。在電池給系統(tǒng)供電過(guò)程中，電池電壓經(jīng)過(guò)兩個(gè)100k的電阻分壓后接到單片機(jī)的P15口，檢測(cè)到電池電壓低時(shí)，電壓低的指示燈亮。電源電路如圖2所示。

1．2 復(fù)位電路
系統(tǒng)的復(fù)位模式有三種：上電復(fù)位、用戶(hù)按鍵復(fù)位和軟件復(fù)位。電路如圖3所示，該復(fù)位電路的工作原理如下：在系統(tǒng)上電時(shí)，通過(guò)電阻R1向電容C1、C2充電，當(dāng)C1、C2兩端的電壓未達(dá)到高電平的門(mén)限電壓時(shí)，REST端輸出為低電平，系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；當(dāng)C1、C2兩端的電壓達(dá)到高電平的門(mén)限電壓時(shí)，REST端輸出為高電平，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。當(dāng)用戶(hù)按下按鈕S時(shí)，C1、C2兩端的電荷被泄放掉，REST端輸出為低電平，系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。軟件可以通過(guò)向寄存RSTSRC中的PINRSF位寫(xiě)“1”來(lái)強(qiáng)制產(chǎn)生一次上電復(fù)位。當(dāng)發(fā)生掉電或因電源波動(dòng)導(dǎo)致VDD降到VRST以下時(shí)，電源監(jiān)視器將／RST引腳驅(qū)動(dòng)為低電平并使CIP-5 1保持復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)VDD又回到高于VRST的電平時(shí)，CIP-51將退出復(fù)位狀態(tài)。在選擇VDD監(jiān)視器作為復(fù)位源之前，必須使能VDD監(jiān)視器。

1．3 時(shí)鐘電路
C8051F320有一個(gè)可編程內(nèi)部振蕩器、一個(gè)外部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)4倍時(shí)鐘乘法器。系統(tǒng)時(shí)鐘(SYSCLK)可以來(lái)自?xún)?nèi)部振蕩器、外部振蕩器電路或4倍時(shí)鐘乘法器二分頻。
如果使用內(nèi)部振蕩器，可以通過(guò)對(duì)OSCICN和OSCICL寄存器編程來(lái)使能／禁止內(nèi)部振蕩器和調(diào)節(jié)其輸出頻率。當(dāng)使用外部振蕩器電路時(shí)，必須對(duì)所用端口引腳進(jìn)行配置。當(dāng)外部振蕩器電路被配置為晶體／諧振器方式時(shí)，端口引腳P0．2和P0．3分別被用作XTAL1和XTAL2。當(dāng)外部振蕩器電路被配置為RC、電容或CMOS時(shí)鐘方式時(shí)，端口引腳P0．3被用作XTAL2。