1.2 應(yīng)用實(shí)例——一個(gè)“最小”的51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)

本小節(jié)介紹一個(gè)“最小”的51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，這個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)包含了51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通常所必須包括的核心模塊，如圖1.4所示。

一個(gè)“最小”的51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)包括51單片機(jī)、復(fù)位電路和振蕩電路三個(gè)部分，其中， 51單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部件，復(fù)位電路給51單片機(jī)提供復(fù)位信號(hào)以供51單片機(jī)進(jìn)行完整的復(fù)位操作，振蕩電路則為51單片機(jī)提供工作所必須的振蕩源。

1.2.1 復(fù)位電路

復(fù)位電路是影響51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的最主要內(nèi)部因素之一，根據(jù)不同的系統(tǒng)要求，51單片機(jī)對(duì)應(yīng)的復(fù)位電路有不同的設(shè)計(jì)要求，但是其最基本要求是能完整地復(fù)位單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

1.基本RC復(fù)位電路

51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本復(fù)位電路的主要功能是在應(yīng)用系統(tǒng)上電時(shí)給51單片機(jī)提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)，讓51單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)；當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)的電源穩(wěn)定后，撤銷該復(fù)位信號(hào)。需要注意的是，在應(yīng)用系統(tǒng)上電完成后，這個(gè)復(fù)位信號(hào)還需要維持一定時(shí)間才能夠撤銷，這是為了防止在上電過程中電源上的電壓抖動(dòng)影響應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)位過程。

圖1.5所示是用最簡(jiǎn)單的電阻和電容搭建的RC高電平和低電平復(fù)位電路，其具體的復(fù)位時(shí)間長(zhǎng)度可以根據(jù)電阻和電容的大小計(jì)算。

基本RC復(fù)位電路能夠滿足51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的最基礎(chǔ)的復(fù)位需求，其中，按鍵允許應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，右邊的無極性電容則可以避免高頻諧波對(duì)系統(tǒng)的干擾。

2.添加二極管的RC復(fù)位電路

在上一小節(jié)介紹的RC復(fù)位電路中，如果對(duì)電阻和電容的選擇不當(dāng)，則可能會(huì)造成復(fù)位電路驅(qū)動(dòng)能力下降，同時(shí)該電路還不能解決電源毛刺及電源電壓緩慢下降的問題，所以，在基本RC復(fù)位電路基礎(chǔ)上可以增加一個(gè)由二極管構(gòu)成的放電回路，如圖1.6所示。該二極管可以在電源電壓瞬間下降的時(shí)候使電容快速放電，從而使得系統(tǒng)復(fù)位；同樣，一定寬度的電源毛刺也可以讓51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位。

3.添加三極管和二極管的RC復(fù)位電路

如果在圖1.6所示的添加二極管的RC復(fù)位電路的基礎(chǔ)上添加一個(gè)三極管，構(gòu)成比較器，這樣就可以避免電源毛刺造成的不穩(wěn)定，而且如果電源電壓緩慢下降達(dá)到一個(gè)門閥電壓的時(shí)候也可以穩(wěn)定地復(fù)位。在這個(gè)基礎(chǔ)上使用一個(gè)穩(wěn)壓二極管避免這個(gè)門閥電壓不受電源電壓的影響，同時(shí)增加一個(gè)延時(shí)電容和一個(gè)放電二極管，從而構(gòu)成一個(gè)完整的復(fù)位電路，如圖1.7所示。

在如圖1.7所示的電路中，復(fù)位的門閥電壓為穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓電壓 VZ+0.7V，調(diào)節(jié)基礎(chǔ)RC電路中的電容可以調(diào)整延時(shí)時(shí)間，調(diào)整電阻則可以改變驅(qū)動(dòng)能力，在圖1.7所示的電路中，電阻值選擇為100kΩ，電容為10μF。

注：在實(shí)際的51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用專用的復(fù)位芯片來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，這些芯片的使用方法將在第4章中詳細(xì)介紹。

1.2.2 振蕩電路

振蕩電路是51單片機(jī)系統(tǒng)工作的核心，它提供單片機(jī)工作的“動(dòng)力”，并關(guān)系到51單片機(jī)運(yùn)算速度的快慢、應(yīng)用系統(tǒng)穩(wěn)定性的高低等。振蕩電路可以使用晶體和晶振來搭建。

晶體和晶振的主要區(qū)別在于晶體需要外接振蕩電路才能夠起振，發(fā)出脈沖信號(hào)，而晶振則只需要在相應(yīng)的引腳上提供電源和地信號(hào)即可以發(fā)出脈沖信號(hào)。從外形來看，晶體一般是扁平封裝，有2個(gè)引腳，這2個(gè)引腳互相沒有區(qū)別，功能相同；晶振則大多為長(zhǎng)方形或者正方形封裝，有4個(gè)引腳，這4個(gè)引腳的功能互不相同，不能混淆。從工作參數(shù)來看，晶體的溫度系數(shù)和精確度高于晶振。常見的晶振有如下的4個(gè)引腳：

● CLK：脈沖信號(hào)輸出。

● NC：空引腳，可以連接到地信號(hào)。

● GND：地信號(hào)。

● VCC：電源輸入，連接到+5V。

圖1.8所示是外部時(shí)鐘形式的振蕩電路，其使用晶振來作為振蕩器，外部晶振有長(zhǎng)方形和正方形兩種，從性能上來看，這兩種類型的晶振并沒有區(qū)別，唯一需要考慮的僅僅是體積大小。

在使用外部晶振時(shí)，為了增加晶振輸出的驅(qū)動(dòng)能力，一般使用一個(gè)反相器（74ALS04）將晶振的脈沖輸出進(jìn)行整形驅(qū)動(dòng)，如圖1.8所示，經(jīng)過74ALS04的整形驅(qū)動(dòng)輸出的脈沖信號(hào)輸入單片機(jī)的XTAL2引腳上，單片機(jī)的XTAL1引腳連接到地。

圖1.9所示是使用晶體來構(gòu)成外部振蕩電路，它利用單片機(jī)的內(nèi)部振蕩單元和外部的晶體一起產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。

1.2.3 “最小”51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的電路

圖1.10所示是“最小”51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的電路，其使用了一個(gè)如1.2.1節(jié)中所描述的最基本RC復(fù)位電路來對(duì)51單片機(jī)進(jìn)行上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位；使用晶體Y1和電容C1、C2構(gòu)成了振蕩電路。

注：由于現(xiàn)在的51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)代碼一般都是存放在單片機(jī)內(nèi)部，所以，其31引腳EA/VP需要外接到VCC以選中程序從片內(nèi)開始執(zhí)行。