基于C8O51F32O单片机的最小系统设计

摘要：单片机最小系统，是指用最少的元件组成的可以工作的单片机系统。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C8051F320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。实验证明改最小系统原理正确，工作可靠。可用于科研、电子电路设计等领域。
关键词：单片机；C8051F320；最小系统；电路设计

0 引言
单片机(MCU)是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I／O口和中断系统、定时器／计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。随着计算机技术的高速发展，单片机以其自身的特点，己广泛应用于工业控制、家用电器、智能仪器、电子玩具市场。
本文的最小系统以C805 1 F320为主控芯片，C8051F320／1系列器件使用Silicon Labs的专利CIP-51微控制器内核。CIP-51内核具有标准8052的所有外设部件，包括4个16位计数器／定时器、一个具有增强波特率配置的全双工UART、一个增强型SPI端口、2304字节内部RAM、128字节特殊功能寄存器(SFR)地址空间及25／21个I／O引脚。C8051F320片内调试电路提供全速、非侵入式的在系统调试(不需仿真器)；支持断点、单步、观察／修改存储器和寄存器，比使用仿真芯片、目标仿真头和仿真插座的仿真系统有更优越的性能。

1 最小系统实现方案
单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I／O、定时器／计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如电源、A／D、D／A转换器等。要设计合适的接口电路。

此最小系统要求：电源，电路中我们可以用外部电源，也可以用自带的充电电池；串口通信，能与计算机之间进行通信：时钟，为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
系统中所有的芯片都是用的3V的电压，选用的芯片是TPS78930，这是一种低压差稳压器，与传统的低压差稳压器相比，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。在电源模块中通过4个电容进行电源稳压滤波，为系统提供稳定的电源。另外，我们的系统中带可充电的锂电池，充电芯片采用MAX1501，其输入电压为4．5～6．5V，输出为4．2V电压。电网电压经5V的适配器可以只给电池充电，也可以只给系统供电，或一边给电池充电，一边给系统供电。给电池充电过程中，充电指示灯RLED亮，电池充满后，满电指示灯亮。在电池给系统供电过程中，电池电压经过两个100k的电阻分压后接到单片机的P15口，检测到电池电压低时，电压低的指示灯亮。电源电路如图2所示。

1．2 复位电路
系统的复位模式有三种：上电复位、用户按键复位和软件复位。电路如图3所示，该复位电路的工作原理如下：在系统上电时，通过电阻R1向电容C1、C2充电，当C1、C2两端的电压未达到高电平的门限电压时，REST端输出为低电平，系统处于复位状态；当C1、C2两端的电压达到高电平的门限电压时，REST端输出为高电平，系统进入正常工作状态。当用户按下按钮S时，C1、C2两端的电荷被泄放掉，REST端输出为低电平，系统进入复位状态。软件可以通过向寄存RSTSRC中的PINRSF位写“1”来强制产生一次上电复位。当发生掉电或因电源波动导致VDD降到VRST以下时，电源监视器将／RST引脚驱动为低电平并使CIP-5 1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监视器作为复位源之前，必须使能VDD监视器。

1．3 时钟电路
C8051F320有一个可编程内部振荡器、一个外部振荡器驱动电路和一个4倍时钟乘法器。系统时钟(SYSCLK)可以来自内部振荡器、外部振荡器电路或4倍时钟乘法器二分频。
如果使用内部振荡器，可以通过对OSCICN和OSCICL寄存器编程来使能／禁止内部振荡器和调节其输出频率。当使用外部振荡器电路时，必须对所用端口引脚进行配置。当外部振荡器电路被配置为晶体／谐振器方式时，端口引脚P0．2和P0．3分别被用作XTAL1和XTAL2。当外部振荡器电路被配置为RC、电容或CMOS时钟方式时，端口引脚P0．3被用作XTAL2。