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發和應用，文章設計了基于一個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?、電子電路設計等領域。
關鍵詞：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、定時器／計時器等功能集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。隨著計算機技術的高速發展，單片機以其自身的特點，己廣泛應用于工業控制、家用電器、智能儀器、電子玩具市場。
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16位計數器／定時器、一個具有增強波特率配置的全雙工UART、一個增強型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、單步、觀察／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越的性能。

1 最小系統實現方案
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、定時器／計數器、中斷系統等不能滿足應用系統的要求時，必須在片外進行擴展，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，能與計算機之間進行通信：時鐘，為CPU提供所需的時鐘或日歷；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4個電容進行電源穩壓濾波，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。電網電壓經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。在電池給系統供電過程中，電池電壓經過兩個100k的電阻分壓后接到單片機的P15口，檢測到電池電壓低時，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，通過電阻R1向電容C1、C2充電，當C1、C2兩端的電壓未達到高電平的門限電壓時，REST端輸出為低電平，系統處于復位狀態；當C1、C2兩端的電壓達到高電平的門限電壓時，REST端輸出為高電平，系統進入正常工作狀態。當用戶按下按鈕S時，C1、C2兩端的電荷被泄放掉，REST端輸出為低電平，系統進入復位狀態。軟件可以通過向寄存RSTSRC中的PINRSF位寫“1”來強制產生一次上電復位。當發生掉電或因電源波動導致VDD降到VRST以下時，電源監視器將／RST引腳驅動為低電平并使CIP-5 1保持復位狀態。當VDD又回到高于VRST的電平時，CIP-51將退出復位狀態。在選擇VDD監視器作為復位源之前，必須使能VDD監視器。

1．3 時鐘電路
C8051F320有一個可編程內部振蕩器、一個外部振蕩器驅動電路和一個4倍時鐘乘法器。系統時鐘(SYSCLK)可以來自內部振蕩器、外部振蕩器電路或4倍時鐘乘法器二分頻。
如果使用內部振蕩器，可以通過對OSCICN和OSCICL寄存器編程來使能／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，必須對所用端口引腳進行配置。當外部振蕩器電路被配置為晶體／諧振器方式時，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時鐘方式時，端口引腳P0．3被用作XTAL2。