基于通用单片机的最小系统设计
单片机最小系统是指由最小元件组成的单片机系统。为了方便设计者自行开发和应用，文章设计了基于一个通用的单片机的最小系统。该系统以C8051F以320为主控芯片，设计了电源电路、复位电路、时钟电路、存储器扩展电路、串口通信电路和液晶显示电路，并介绍了各部分的功能。实验证明，最小系统原理正确，工作可靠。可用于科研、电子电路设计等领域。
单片机(MCU)它是一种具有数据处理能力的集成电路芯片，采用超大型集成电路技术CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O一个小而完统、定时器/计时器等功能集成在硅片上，形成一个小而完美的计算机系统。随着计算机技术的快速发展，单片机广泛应用于工业控制、家用电器、智能仪器和电子玩具市场。
本文的最小系统是C805 1 F320是主控芯片，C8051F使用320/1系列器件SILICon Labs的专利CIP-51微控制器内核。CIP-标准8052的准8052的所有外设部件，包括4个16位计数器/定时器强波特率配置的全双工UART、一个增强型SPI2304字节内端口RAM、128字节特殊功能寄存器(SFR)地址空间及25/21I/O引脚。C8051F320片内调试电路提供全速、非侵入性的系统调试（无模拟器）；支持断点、单步、观察/修改存储器和寄存器的性能优于使用模拟芯片、目标模拟头和模拟插座的模拟系统。
1 最小系统实现方案
单片机应用系统的硬件电路设计包括两部分：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、当定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外扩展，选择合适的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，即根据系统功能要求配置电源等外围设备A/D、D/A转换器等。设计合适的接口电路。
最小系统要求：电源，我们可以使用外部电源，也可以使用自己的充电电池；串口通信，可以与计算机通信：时钟，CPU提供所需的时钟或日历;外接存储器模块;液晶显示，可以按我们的要求显示汉字、字符、数字及图形。系统框图如图1所示。
1.1 电源电路
系统中所有芯片均为3V选择的芯片是电压TPS与传统的低压差稳压器相比，它具有超低的静态电流。输入电压为4~10V，输出电压3V。输出电流为100mA。电源稳压滤波通过四个电容器进行，为系统提供稳定的电源。此外，我们的系统还配备了充电锂电池，充电芯片使用MAX1501，其输入电压为4.5～6.5V，输出为4.2V电压。电网电压经5V适配器只能给电池充电，也可以给系统充电，或者给系统充电。给电池充电时，充电指示灯RLED当电池充满时，满电指示灯亮起。在电池供电系统时，电池电压通过两个100k电阻分压后接收单片机P检测到电池电压低时，15口电压低的指示灯亮起。如图2所示。
1.2 复位电路
该系统有三种复位模式：上电复位、用户按和软件复位。如图3所示，复位电路的工作原理如下：当系统上电时，通过电阻R1向电容C1、C2充电，当C1、C当两端电压未达到高电平门限电压时，REST当端输出为低电平时，系统处于复位状态；C1、C当两端电压达到高电平门限电压时，REST端输出为高电平，系统正常工作。当用户按下按钮S时，C1、C两端的电荷被泄漏，REST端输出为低电平，系统进入复位状态。通过寄存软件RSTSRC中的PINRSF位写1强制产生上电复位。当发生电源故障或电源波动时VDD降到VRST下面，电源监视器将//RST引脚驱动低电平CIP-5 保持复位状态。当VDD又回到高于VRST的电平时，CIP-51将退出复位状态。在选择VDD在监视器作为复位源之前，必须使能量VDD监视器。
1.3 时钟电路
C8051F320有一个可编程的内部振荡器，一个外部振荡器驱动电路乘法器。系统时钟(SYSCLK)可来自内部振荡器、外部振荡器电路或4倍时钟乘法器的二分频。
如果使用内部振荡器，可以使用OSCICN和OSCICL为了使/禁止内部振荡器和调整其输出频率，寄存器编程。使用外部振荡器电路时，必须配置所用端口引脚。当外部振荡器电路配置为晶体/谐振器时，端口引脚P0.2和P0.3分别被用作XTAL1和XTAL2。当外部振荡器电路配置时RC、电容或CMOS时钟时，端口引脚P0.3被用作XTAL2。
当我们使用外部振荡器模式时，CMOS时钟芯片S3530，它与CPU它们通过两条线连接，具有两个中断/报警功能。通过所有地址和数据I2C接收总线。电路如图4所示。
时钟电路产生整个电路的工作时序脉冲，是系统正常工作的关键，也是单片机系统的主要噪声源。采取以下措施降低噪声：1）时钟脉冲电路应尽可能靠近MPU，引线应短而粗；2）用地线包围振荡电路，接地晶体振荡器外壳；3）在整个系统布线中，大电流信号线和电源变压器应远离晶体振荡器布线；4）如果时钟电路为其他芯片提供时钟，则应充分隔离；5）如果双面印刷电路板，必然会有导线通过时钟电路，线路应垂直、交叉，但不能平行。
1.4 UART串口通信电路
单片机和串行通信只需要更少的端口PC机器通信具有无与伦比的优势。串行通信有两种方式：异步模式和同步模式。在本设计中使用C805 1 F320的UART模块来实现C805 1 F320与PC机器之间的串行通信。PC机接口是RS-232，RS-232标准采用负逻辑，标准逻辑1对应-5~-15 V标准逻辑0对应于电平 5～ 15V电平。C8051F320的接口为TTL电平。显然，和PC机的RS232C电平不兼容，两者之间的通信必须通过信号电平转换，因此连接时必须使用电平转换芯片。
本设计符合要求RS-232标准的SP3223驱动芯片串行通信。SP3 22 3电源3～5V，这里是3V供电。有两个发送和接收通道。SP3223的T1IN与C8051F320的TX0(P04)连接，R10U与C805 1 F320的RX0(P05)连接。串口电路如图5所示。
1.5 存储模块电路
内存模块包括Flash存储器和SRAM存储器的两部分。C8051F320内部有16kB可在系统中编程FLASH2304字节片中的存储器RAM。一般来说，用户的程序代码应该在片外扩展存储器。另外，考虑到系统运行，MCU往往要做大量的数据处理工作，经常有一些采集到的或生成的数据需要及时进行存储或调用，因此当片上16kB的FLASH当存储器不够时，需要外部扩展Flash程序和数据不会丢失，即使存储器断电。我们选择的是Flash存储器AT45DB041B，其电压为2.5～3.6V，适合我们的系统电压3V。存储容量为2048页，每页有264个字节。自动擦除支撑块和页面。AT45DB041B芯片通过SPI连接总线和单片机的接口是MOSI、MISO、SCK。
1.6 液晶显示电路
在过去，单片机的最小系统是数字显示，电路相对简单，但只能显示数字不能显示汉字，这里用液晶显示，不仅可以显示数字，还可以显示汉字、图形、符号。我们用的液晶是LCM6432ZK，3V供电，液晶屏64×可显示两行，每行可显示四个汉字。低功耗设计能满足产品的省电要求；同时，与单片机等微控器的界面界面灵活(平行8位/4位，串行3线/2位)。为了节省单片I/O口，我们用串行2线。SID输入串行数据，SCLK输入串行脉冲。如图7所示，液晶显示电路。
考虑到系统的通用性问题，因此还应将单片机的一些必要引脚用接口插座引出，以方便使用。例如：USB主机与设备接口，A/D、D/A与单片机接口，I/O总线扩展接口等。
2 系统软硬件调试
用protel软件绘制电路板图。系统上电前，用万用表仔细检查电源是否短路，元件是否虚焊。系统上电后，检查电路板上的电压是否正常，复位电路是否工作。
该软件采用C语言编程。与以往的汇编语言相比，其可扩展性和可移植性优于汇编语言。该系统支持在线调试，比模拟器更容易调试和使用。
3 结束语
本文设计的最小系统经过调试，实现了上述功能，系统可靠性好。该最小系统应用于智能汽车，成功控制智能汽车的前进、后退和转弯，显示到达目的地的时间。