单片机最小应用系统及外部扩展总线

单片机的最小应用系统，是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。这种系统成本低廉、结构简单，常用来构成简单的控制系统，如开关状态的输入/输出控制等。

最小应用系统的功能取决于单片机芯片的技术水平。对于片内有ROM/EPROM的单片机，其最小应用系统即为配有晶振、复位电路和电源的单个单片机;对于片内无ROM/EPROM的单片机，其最小系统除了外部配置晶振、复位电路和电源外，还应当外接EPROM或EEPROM作为程序存储器用。

8051/8751最小应用系统

8051/8751单片机内含有ROM/EPROM，用8051/8751单片机构成最小应用系统时，只需将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图7-1所示，因没有外部存储器扩展，这时接高电平，P0、P1、P2、P3都可作用户I/O口使用。

用8051/8751芯片构成的最小系统简单、可靠。但由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。同时，P0、P1、P2口的应用与开发环境差别较大。8051的应用软件须依靠半导体厂家用半导体掩膜技术置入，故8051应用系统一般用作大批量生产的应用系统。

图7-1　8051和8751最小应用系统电路

8031最小应用系统

8031单片机片内无程序存储器，因此，其最小应用系统必须在片外扩展EPROM。图7-2所示为8031外接程序存储器的最小应用系统。

图7-2　8031最小应用系统

与8051/8751最小应用系统一样，也必须有复位及时钟电路。片选线

直接接地，表明选择外部存储器;片外4K字节单元地址要求地址线12根(A 0 ～A 1 1)，由P0和P2.0～P2.3组成;程序存储器的取指信号为

;地址锁存器的锁存信号为ALE。 7.1.3 MCS-51系列单片机的外部扩展总线

在进行系统扩展中，首先需要面对的问题是如何与外围芯片连接。为了方便解决这一问题，往往利用地址锁存器将单片机形成三总线结构，即地址总线(Address Bus)、数据总线(Data Bus)和控制总线(Control Bus)，如图7-3所示。

➢ 地址总线： P2口作为地址总线的高8位，在访问16位的地址时，用于输出16位地址的高8位A 15 ～A 8 ;P0口分时复用地址/数据总线，地址锁存器用于锁存低8位地址A 7 ～A 0 。

图7-3　单片机三总线结构

地址总线的根数决定了单片机可以访问的存储单元数量和I/O端口的数量。n条地址线可以产生2 n 个地址编码。

常用的地址锁存器为74LS373，构成地址总线时，它的8个输入端与P0口相连，其使能端连接单片机的ALE端。ALE信号为1时，P0口输出的数据被地址锁存器锁存，用作地址信号A 7 ～A 0 ;ALE信号为0时，P0口用于传输指令或数据(此时地址锁存器中的地址信号保持不变，能够保证数据传输给正确的地址)。

➢ 数据总线： P0口用作数据总线，数据总线是双向的，既可以由单片机传到外部芯片，也可以由外部芯片传入单片机。

➢ 控制总线： 控制总线主要负责对芯片的选通以及读/写等控制。引脚功能已在第二章中进行了详细介绍，这里不再赘述。

单片机的十大外围电路分析

一、单片机上拉电阻的选择

单片机的十大外围电路分析

大家可以看到复位电路中电阻R1=10k时RST是高电平 ，而当R1=50时RST为低电平，很明显R1=10k时是错误的，单片机一直处在复位状态时根本无法工作。出现这样的原因是由于RST引脚内含三极管，即便在截止状态时也会有少量截止电流，当R取的非常大时，微弱的截止电流通过就产生了高电平。

二、LED串联电阻的计算问题

通常红色贴片LED：电压1.6V-2.4V，电流2-20mA，在2-5mA亮度有所变化，5mA以上亮度基本无变化。

单片机的十大外围电路分析

三、端口出现不够用的情况

这时可以借助扩展芯片来实现，比如三八译码器74HC138来拓展

单片机的十大外围电路分析

单片机的十大外围电路分析

四、滤波电容

滤波电容分为高频滤波电容和低频滤波电容。

1、高频滤波电容一般用104容（0.1uF），目的是短路高频分量，保护器件免受高频干扰。普通的IC（集成）器件的电源与地之间都要加，去除高频干扰（空气静电）。

2、低频滤波电容一般用电解电容（100uF），目的是去除低频纹波，存储一部分能量，稳定电源。大多接在电源接口处，大功率元器件旁边，如：USB借口，步进电机、1602背光显示。耐压值至少高于系统最高电压的2倍。

五、三极管的作用

1、开关作用：

单片机的十大外围电路分析

LEDS6为高电平时截止，为低电平时导通。

限流电阻的计算：集电极电流为I，则基极电流为I/100（这里涉及到放大作用，集电极电流是基极的100倍），PN结电压0.7V，R=（5-0.7）/（I/100）

2、放大作用：

集电极电流是基极电流的100倍

3、电平转换：

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当基极为高电平时，三极管导通，右侧的导线接地为低电平，当基极为低电平时，三极管截止，输出高电平。

六、数码管的相关问题

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数码管点亮形成的数字由a，b，c，d，e，f，e，dp（小数点）构成，字模及真值表如上图。

七、电流电压驱动问题

由于单片机输出有限，当负载很多的时候需要另外加驱动芯片 ，比如74HC245

八、上拉电阻

上拉电阻选取原则

1、从节约功耗及芯片灌电流能力考虑应当足够大；电阻大，电流小。

2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小；电阻小，电流大。

3、对于高速电路，过大的上拉电阻可能会导致边沿变平缓。

综合考虑：上拉电阻常用值在1K到10K之间选取，下拉同理。

上下拉电阻

上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平，下拉同理。

1、电平转换，提高输出电平参数值。

2、OC门必须加上拉电阻才能使用。

3、加大普通IO引脚驱动能力。

4、悬空引脚上下拉抗干扰。

九、晶振和复位电路

晶振电路

1、晶振选择：

根据实际系统需求选择，6M，12M，11.0592M，20M等待

2、负载电容：

对地接2个10到30pF的电容即可，常用20pF。

3、万用表测晶振：

直接用红表笔对晶振引脚，黑表笔接GND，测量电压即可。

复位电路

复位

把单片机内部电路设置成为一个确定的状态，所有的寄存器初始化。

51单片机的复位时间大约在2个机械周期左右，具体需要看芯片数据手册。

一般通过复位芯片或者复位电路，具体的阻容参数的计算，通过google查找。

十、按键抖动及消除

按键也是机械装置，在按下或放开的一瞬间会产生抖动，如下图：

单片机的十大外围电路分析

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消除方法有两种：软件除抖和硬件除抖，其中硬件除抖是应用了电容对高频信号短路的原理。

软件除抖是检测出键闭合后执行一个延时程序，产生5ms～10ms的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。

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