单片机最小系统电路板硬件设计

9.2.1　单片机最小系统电路板硬件设计

单片机最小系统电路板可选用AT89C51、AT89C52等DIP-40封装的单片机作为MCU。系统包括时钟电路、复位电路，扩展了片外数据存储器和地址锁存器。系统还设置了8个并行键盘S₁～S₄，S₆～S₉，6个共阳极LED数码管LED₁～LED₆。系统无须扩展程序存储器，用户可根据系统程序大小选择片内带不同容量闪存的单片机，例如，PHILIPS半导体公司推出的P89C66XFlash单片机，其片内Flash ROM容量最大可达64KB。系统还提供基于8279的通用键盘显示电路、液晶显示模块、A/D及D/A转换等众多外围器件和设备接口。单片机最小系统原理框图如图9-2所示。最小系统电路原理图如图9-3所示。LED数码管和并行键盘电路原理图如图9-4所示。

图9-2　单片机最小系统原理

图9-3　单片机最小系统电路原理

图9-4　LED数码管和并行键盘电路原理

单片机时钟信电路原理图如图9-5所示。在引脚XTAL1和XTAL2跨接晶振Y₁和微调电容C₅，C₆就构成了内部振荡方式，由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。其中Y₁是可插拔更换的，默认值是12MHz。

系统板采用上电自动复位和按键手动复位方式。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。其电路原理图如图9-6所示。上电自动复位通过外部复位电容C₄充电来实现。按键手动复位是通过复位端经电阻和V_cc接通而实现的。二极管用来防止反相放电。

图9-5　时钟源

图9-6　复位电路原理图

系统板扩展了一片32KB的数据存储器62256，如图9-7所示。数据线D₀～D₇直接与单片机的数据地址复用口P₀相连，地址的低8位A₀～A₇则由U₁₅锁存器74LS373获得，地址的高7位则直接与单片机的P2.0～P2.6相连。片选信号则由地址线A₁₅（P2.7引脚）获得，低电平有效。这样数据存储器占用了系统从0X0000H～0X7FFFH的XDATA空间。

图9-7　数据存储器的扩展

系统板设置了8个并行键盘S₁～S₄、S₆～S₉，6个共阳极LED数码管LED₁～LED₆。

其电路原理图见图9-3。可以看出为了节省单片机的I/O口，在此采用了两片74LS373锁存器U₁₅和U₁₆扩展了8个I/O口。U₁₅用来锁存P₀口送出的地址信号，它的片选信号

接地，表示一直有效，其控制端C接ALE信号。U₁₆的输出端通过限流电阻R₈～R₁₅与数码管的段码数据线和并行键盘相连，用来送出LED数码管的段码数据信号和并行键盘的扫描信号，它的片选信号OC接地，表示一直有效，其数据锁存允许信号C由CS₀～CS₆和WR信号经一个或非门74LS02得到（其中CS₀～CS₅控制LED数码管，CS₆控制键盘），这样只有当CS₀～CS₆中的某一个和WR同时有效且由低电平跳变到高电平时，输入的数据D₀～D₇即被输出到输出端Q₀～Q₇。U₁₇为3-8译码器74LS138，通过它将高位地址A₁₅～A₁₂译成8个片选信号CS₀～CS₇。它的G₂，G₃端接地，G₁接A₁₅，所以A₁₅应始终为高电平，这样CS₀～CS₇的地址就分别为8000H、9000H、0A000H、0B000H、0C000H、0D000H、0E000H、0F000H。CS₀～CS₅和WR信号经过一个或非门控制三极管9012的导通，从而控制LED数码管的导通，并且三极管9012用来增强信号的驱动能力。

主要器件如表9-1所示。主要应用接口如表9-2所示。

表9-1　单片机最小系统主要器件

表9-2　单片机最小系统主要应用接口