51单片机最小系统

1.单片机实物图与PCB

2.单片机型号 STC12C5A60S2

该单片机一共有40个引脚，此原理图中为了方便将部分引脚位置进行了调整，并没有按照引脚号来排序，而是按照引脚的功能做了排列。

3.原理图介绍

1）6个指示灯

2）PWM输出

3）蜂鸣器电路

4）单片机的串行口及发送和接收的指示灯

5）CH340——USB转串行口的芯片

6）type-c接口

7）电源开关

按下接通，抬起断开。单片机的电从VCC—GND，USB的电从VBUS—VGND，插上USB以后CH340就有电了，它通过VBUS供电，CH340有电后计算机上可以识别出来CH340生成的串行口。自锁按键按下后，VCC和VBUS连通，GND和VGND也横向连通，此时单片机有电，可以正常工作。 

8）地址总线

P2口作为地址总线的高八位A8-A15，P0口作为数据总线和地址总线分时复用，地址总线的低八位A0-A7，数据总线D0-D7，因为是分时复用，所以用SN74HC373将低八位的地址进行锁存，锁存信号是ALE信号。 

9）74HC138AD

通过两片74HC138把地址总线做了一个译码。

 10）控制总线

读写信号。

11）总线引出

地址总线控制总线以及译码出来的信号都引到了一个大插座PCBUS上，因为总线被引出，所以可以在这个插槽上做扩展。

12）CPU引脚引出

将CPU所有的引脚都通过插针引出。

13）退耦电容（供电电路）

单片机正常工作时是5V供电。C6、C9用来滤波，把电源上的噪声滤掉，可以滤掉高频噪声，当电源有低频波动时，可以保证这一点的电压到CPU的电压是稳定的，所以电容C6是用来平滑电源的，电容C9是用来滤除高频噪声的。如果想要滤波效果好可以在C9的右边加一个10nF的电容，可以滤掉更高频的噪声。

在供电电路中，电容起到电源滤波退耦的作用，以输出稳定电源，同时加入开关可以控制电源是否为电单片机供电（电源和地均经过退耦电容后再到单片机）。

SW1是电源插座，C6是电解电容，在焊接时需要注意正负极。 

C9这个退耦电容要离单片机的电源引脚越近越好，同时，电源的回路要尽量短。 

14）复位电路

复位：单片机中的复位，就是让单片机回到初始状态，将内部寄存器设为默认值，让程序从起始位置重新开始运行，保证其能正常、稳定地工作。

上电复位：在单片机上电之前把单片机所有要配置的东西都配置好，让单片机内部的东西从一个确切的状态开始运行。

手动复位：当单片机已经开始工作了，此时若还想让单片机重新开始，则可以手动按下复位按键。每按一次就复位一次，如果一直按着复位按键，则单片机一直复位。51单片机是高电平复位，低电平正常工作。

15）晶振电路

18和19引脚是单片机的晶振电路，C7和C8是两个退耦电容，晶振的负载匹配电容，该开发板上的晶振是12MHz的晶振。

晶振电路：给单片机的工作提供时序的。

三点式LC振荡器产生的正弦信号就是12MHz，进入单片机内部后，就把该正弦信号变成了脉冲信号。该方波信号的一个高一个低叫做一个时钟，一个时钟就是单片机的一个节拍，51单片机的时钟信号是以12个时钟作为一个最小单元，也叫做一个机器周期。也就是说单片机要做一个事情至少需要12个节拍。

16）最小系统

单片机至少需要提供这一部分电路，包括：电源、复位、晶振。这一部分叫做单片机工作的最小系统。 

[注意]标准的51单片机还有一个EA非的引脚，用来选择内部程序存储器还是外部程序存储器，该STC的单片机不再需要EA非的引脚了，所以就没有EA非引脚。

除了最小系统以外，剩下的接口就是单片机对外的接口，都属于单片机的输入输出设备。

晶振对于CPU非常重要，在画PCB时，晶振与单片机之间的连线不可以和其他的信号线之间有交叉，防止其他信号干扰晶振的时钟信号。

17）电源指示灯

用来显示单片机是否上电。指示灯亮了并不一定代表板子没有其他问题，指示灯只要电流达到一定程度，高于它的开启电压就可以亮，所以指示灯只是粗略的展示是否有电，至于电压是否正确仅通过指示灯是无法看出的。

若想知道电压到底是不是正常的工作电压，可以用万用表测量两个引脚之间的电压是否正确。注意测量时要将万用表打到直流电压档进行测量，红表笔接电源，黑表笔接地。

[注意]万用表测得的值是平均值，所以即使测得的是5V电压也不能保证板子可以正常工作。

最好的方法是用示波器测量，看电压是否水平，有无大的纹波，有无高频噪声，用示波器看细节。

示波器也可以用来观察上电时复位引脚的波形是什么样子，可以观察晶振引脚处的波形是否为正弦，频率是否为12MHz，18和19引脚的波形是否一致。

[补充]退耦电容的作用

1.滤除电源噪声

电源输出的电压并非绝对稳定，会有一定的波动和噪声。退耦电容可以存储和释放电荷，将电源电压中的高频噪声成分旁路到地，使电源输出更加平滑稳定，为电路提供干净的电源。比如在数字电路中，芯片的开关动作会产生高频噪声，退耦电容能有效滤除这些噪声，防止其反馈到电源线上影响其他电路。

2.提供瞬时电流

当电路中的芯片等元件在工作时，尤其是在开关状态切换等瞬间，会有较大的电流需求变化。退耦电容能够在这些瞬间快速提供或吸收电荷，满足元件对瞬时电流的需求，避免因电源无法及时提供足够电流而导致电压下降，影响电路正常工作。

3.抑制信号干扰

不同电路模块之间可能会通过电源相互干扰，即电源噪声会在各模块之间传播。退耦电容可以在各模块的电源输入端将噪声旁路，减少模块间通过电源产生的信号干扰，提高电路的稳定性和可靠性，保证各模块能独立、正常地工作。

 注：本文出自对bilibili 科大老孟51单片机最小系统 内容的学习笔记。