基于C8O51F32O單片機的最小系統設計

摘要：單片機最小系統，是指用最少的元件組成的可以工作的單片機系統。為了方便設計者自行開(kāi)發(fā)和應用，文章設計了基于一個(gè)通用的單片機的最小系統。該系統以C8051F320為主控芯片，設計了電源電路、復位電路、時(shí)鐘電路、存儲器擴展電路、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)驗證明改最小系統原理正確，工作可靠?？捎糜诳蒲?、電子電路設計等領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：單片機；C8051F320；最小系統；電路設計

0 引言
單片機(MCU)是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術(shù)把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I／O口和中斷系統、定時(shí)器／計時(shí)器等功能集成到一塊硅片上構成的一個(gè)小而完善的計算機系統。隨著(zhù)計算機技術(shù)的高速發(fā)展，單片機以其自身的特點(diǎn)，己廣泛應用于工業(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微控制器內核。CIP-51內核具有標準8052的所有外設部件，包括4個(gè)16位計數器／定時(shí)器、一個(gè)具有增強波特率配置的全雙工UART、一個(gè)增強型SPI端口、2304字節內部RAM、128字節特殊功能寄存器(SFR)地址空間及25／21個(gè)I／O引腳。C8051F320片內調試電路提供全速、非侵入式的在系統調試(不需仿真器)；支持斷點(diǎn)、單步、觀(guān)察／修改存儲器和寄存器，比使用仿真芯片、目標仿真頭和仿真插座的仿真系統有更優(yōu)越的性能。

1 最小系統實(shí)現方案
單片機應用系統的硬件電路設計包含兩部分內容：一是系統擴展，即單片機內部的功能單元，如ROM、RAM、I／O、定時(shí)器／計數器、中斷系統等不能滿(mǎn)足應用系統的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴展，選擇適當的芯片，設計相應的電路。二是系統的配置，即按照系統功能要求配置外圍設備，如電源、A／D、D／A轉換器等。要設計合適的接口電路。

此最小系統要求：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，能與計算機之間進(jìn)行通信：時(shí)鐘，為CPU提供所需的時(shí)鐘或日歷；外接存儲器模塊；液晶顯示，可以按我們的要求顯示漢字、字符、數字及圖形。系統框圖如圖1所示。
1．1 電源電路
系統中所有的芯片都是用的3V的電壓，選用的芯片是TPS78930，這是一種低壓差穩壓器，與傳統的低壓差穩壓器相比，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)行電源穩壓濾波，為系統提供穩定的電源。另外，我們的系統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，也可以只給系統供電，或一邊給電池充電，一邊給系統供電。給電池充電過(guò)程中，充電指示燈RLED亮，電池充滿(mǎn)后，滿(mǎn)電指示燈亮。在電池給系統供電過(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的P15口，檢測到電池電壓低時(shí)，電壓低的指示燈亮。電源電路如圖2所示。

1．2 復位電路
系統的復位模式有三種：上電復位、用戶(hù)按鍵復位和軟件復位。電路如圖3所示，該復位電路的工作原理如下：在系統上電時(shí)，通過(guò)電阻R1向電容C1、C2充電，當C1、C2兩端的電壓未達到高電平的門(mén)限電壓時(shí)，REST端輸出為低電平，系統處于復位狀態(tài)；當C1、C2兩端的電壓達到高電平的門(mén)限電壓時(shí)，REST端輸出為高電平，系統進(jìn)入正常工作狀態(tài)。當用戶(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，系統進(jìn)入復位狀態(tài)。軟件可以通過(guò)向寄存RSTSRC中的PINRSF位寫(xiě)“1”來(lái)強制產(chǎn)生一次上電復位。當發(fā)生掉電或因電源波動(dòng)導致VDD降到VRST以下時(shí)，電源監視器將／RST引腳驅動(dòng)為低電平并使CIP-5 1保持復位狀態(tài)。當VDD又回到高于VRST的電平時(shí)，CIP-51將退出復位狀態(tài)。在選擇VDD監視器作為復位源之前，必須使能VDD監視器。

1．3 時(shí)鐘電路
C8051F320有一個(gè)可編程內部振蕩器、一個(gè)外部振蕩器驅動(dòng)電路和一個(gè)4倍時(shí)鐘乘法器。系統時(shí)鐘(SYSCLK)可以來(lái)自?xún)炔空袷幤?、外部振蕩器電路?倍時(shí)鐘乘法器二分頻。
如果使用內部振蕩器，可以通過(guò)對OSCICN和OSCICL寄存器編程來(lái)使能／禁止內部振蕩器和調節其輸出頻率。當使用外部振蕩器電路時(shí)，必須對所用端口引腳進(jìn)行配置。當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。