1 电源

我们在学习过程中,很多指标都是直接用的概念指标,比如我们说 5V代表1,GND代表0等等这些。但在实际电路中是没有这么精准的,那这些指标允许范围是什么呢?随着我们所学的内容不断增多,大家要慢慢培养一种阅读手册的能力。

比如我们使用STC89C52RC单片机的时候,我们找到他的手册的11页,第二个选项,工作电压:5.5V-3.4V(5V单片机),这个地方就说明我们这个单片机正常的工作电压是个范围值,只要电源VCC在5.5V到3.4V之间都可以正常工作,电压超过5.5V是绝对不允许的,会烧坏单片机,电压如果低于3.4V,单片机不会损坏,但是也不能正常工作。而在这个范围内,最典型、最常用的电压值就是5V,这就是后面括号里“5V单片机”这个名称的由来。除此之外,还有一种常用的工作电压范围是2.7V-3.6V、典型值是3.3V的单片机,也就是所谓的“3.3V单片机”了。日后随着大家接触的东西慢慢增多,对这点会有更深刻的理解。

现在我们再顺便多了解一点,大家打开74HC138的数据手册,会发现74HC138手册的第二页也有一个表格,上边写了74HC138的工作电压范围,最小值是4.75V,额定值是5V,最大值是5.25V,可以得知它的工作电压范围是4.75V-5.25V。这个地方讲这些目的是让大家清楚的了解,我们获取器件工作参数的一个最重要,也是最权威的途径,就是通过器件的数据手册。

2 晶振

晶振通常分为无源晶振和有源晶振两种类型,无源晶振一般称之为crystal(晶体),而有源晶振则叫做oscillator(振荡器)。

图1 27Mhz有源晶振

51单片机最小系统怎么构成(51单片机最小系统电路解析)(1)

图2 11.0592M无源晶振

有源晶振通常有4个引脚,VCC,GND,晶振输出引脚和一个没有用到的悬空引脚。无源晶振有2个或3个引脚,如果是3个引脚的话,中间引脚是晶振的外壳,使用时要接到GND,两侧的引脚就是晶体的2个引出脚了,这两个引脚作用是等同的,就像是电阻的2个引脚一样,没有正负之分。对于无源晶振,就是用我们的单片机上的两个晶振引脚接上去即可,而有源晶振,只接到单片机的晶振的输入引脚上,输出引脚上不需要接,如图3和图4所示。

51单片机最小系统怎么构成(51单片机最小系统电路解析)(2)

51单片机最小系统怎么构成(51单片机最小系统电路解析)(3)

图3 无源晶振接法 图4 有源晶振接法

3 复位电路

我们先来分析一下我们的复位电路,如图8-5所示。

51单片机最小系统怎么构成(51单片机最小系统电路解析)(4)

图5 单片机复位电路

当这个电路处于稳态时,电容起到隔离直流的作用,隔离了 5V,而左侧的复位按键是弹起状态,下边部分电路就没有电压差的产生,所以按键和电容C11以下部分的电位都是和GND相等的,也就是0V电压。我们这个单片机是高电平复位,低电平正常工作,所以正常工作的电压是0V电压,完全OK,没有问题。

我们再来分析从没有电到上电的瞬间,电容C11上方是5V电压,下方是0V电压,根据我们初中所学的知识,这个时候电容C11要进行充电,正离子从上往下充电,负电子从GND往上充电,这个时候电容对电路来说相当于一根导线,全部电压都加在了R31这个电阻上,那么RST端口位置是 5V电压,随着电容充电越来越多,即将充满的时候,电流会越来越小,那RST端口上的电压值等于电流乘以R31的阻值,也就会越来越小,一直到电容完全充满后,线路上不再有电流,这个时候RST和GND的电位就相等了也就是0V了。

从这个过程上来看,我们加上这个电路,单片机系统上电后,RST引脚会先保持一小段时间的高电平而后变成低电平,这个过程就是上电复位的过程。那这个“一小段时间”到底是多少才合适呢?每种单片机不完全一样,51单片机手册里写的是持续时间不少于2个机器周期的时间。复位电压值,每种单片机不完全一样,我们按照通常值0.7Vcc作为复位电压值,复位时间的计算过程比较复杂,我这里只给大家一个结论,时间t=1.2RC,我们用的R是4700,C是0.0000001,那计算得知t是564us,远远大于2个机器周期(2us),在电路设计的时候一般留够余量就行。

按键复位(即手动复位)有2个过程,按下按键之前,RST的电压值是0V,当按下按键后电路导通,同时电容也会在瞬间进行放电,RST电压值变化为4700Vcc/(4700 18),会处于高电平复位状态。当松开按键后就和上电复位类似了,先是电容充电,后电流逐渐减小直到RST电压变0V的过程。我们按下按键的时间通常都会有上百毫秒,这个时间足够复位了。按下按键的瞬间,电容两端的5V电压(注意不是电源的5V和GND之间)会被直接接通,此刻会有一个瞬间的大电流冲击,会在局部范围内产生电磁干扰,为了抑制这个大电流所引起的干扰,我们这里在电容放电回路中串入一个18欧的电阻来限流。

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