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單片機(jī)最小系統(tǒng)概述

摘要: 單片機(jī)作為一種數(shù)字邏輯控制器件，它的正常工作需要滿足一些條件，最小系統(tǒng)就是保證單片機(jī)運(yùn)行做需要的最基本條件，主要包含電源、時(shí)鐘電路以及上電復(fù)位電路。

單片機(jī)最小系統(tǒng)概述

單片機(jī)也叫微控制器(MCU)，是一種數(shù)字邏輯控制器件，內(nèi)部有復(fù)雜的電路組成。根據(jù)單片機(jī)的原理，單片機(jī)的正常工作需要一些條件，我們把滿足單片機(jī)工作的最基本電路組成稱為單片機(jī)最小系統(tǒng)。

LPC11C14單片機(jī)簡介

基于 ARM Cortex-M0 的 LPC111x/LPC11Cxx 系列微控制器是低功耗，32 位微控制器家族中 的一員，面向 8、16 位微處理應(yīng)用，具有高性能，低功耗，簡單指令集，統(tǒng)一編址尋址等 優(yōu)點(diǎn)，而且，相對(duì)于現(xiàn)在市場(chǎng)上存在的 8/16 位架構(gòu)來說，它有效的降低了代碼長度。

LPC111x/LPC11Cxx 系列微控制器的工作頻率可高達(dá) 50MHZ。

LPC111x/LPC11Cxx 系列微控制器加入的外圍組件包括：高達(dá) 32KB 的 flash 存儲(chǔ)器，8KB 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 , 一個(gè)增強(qiáng)快速模式 (FM+)I2C 接口， 一個(gè) RS-485/EIA-485 標(biāo)準(zhǔn)的通用異 步串行收發(fā)器，兩個(gè)具有 SSP 特性的 SPI 接口，四個(gè)通用定時(shí)器，一個(gè) 10 位 ADC 和 42 個(gè) GPIO 引腳。

片上 C_CAN 驅(qū)動(dòng)器和閃存的系統(tǒng)編程工具通過 C_CAN 連接在 LPC11Cxx 里，此外 LPC11C2x 還包含一個(gè)一個(gè)片上 CAN 收發(fā)器。

最小系統(tǒng)基本組成

單片機(jī)的種類有很多，不同公司不同型號(hào)的單片機(jī)在電路設(shè)計(jì)上也不盡相同，所以在使用一款單片機(jī)時(shí)，一定要先獲取單片機(jī)的數(shù)據(jù)手冊(cè)(datasheet)以及用戶使用手冊(cè)(User Manual)。本文使用的單品機(jī)是NXP(恩智浦)公司設(shè)計(jì)開發(fā)的LPC11C14單片機(jī)，該單片機(jī)屬于LPC11xx系列，是在LPC1114的基礎(chǔ)上增加了CAN總線功能單元，基本的引腳排布以及其他內(nèi)部功能基本保持一致。 ![ ]

根據(jù)芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)和用戶使用手冊(cè)可以知道，LPC11C14單片機(jī)的最小系統(tǒng)組成如下：

電源供電

單片機(jī)是一種數(shù)字邏輯器件，工作時(shí)需要進(jìn)行電源供電。在眾多單片機(jī)中，不同單片機(jī)有不同的供電電壓，如傳統(tǒng)的51單片機(jī)多為5V或3.3V，但是大多數(shù)單片機(jī)的都可以在一定的電壓范圍內(nèi)正常工作，例如宏晶公司2008年11月發(fā)布的STC12系列單片機(jī)數(shù)據(jù)手冊(cè)中，STC12C系列的單片機(jī)電壓范圍是3.3~5.5V;STC12L系列的單片機(jī)電壓范圍是2.2~3.6V。

對(duì)于LPC11C14，根據(jù)芯片手冊(cè)，可以了解到，LPC11C14的工作電壓范圍：1.8V~3.6V

在芯片手冊(cè)中可以看到，芯片的8、44兩個(gè)引腳是電源的正極輸入引腳，這兩個(gè)引腳分別連接到了芯片內(nèi)部的穩(wěn)壓器、芯片內(nèi)的外設(shè)以及ADC功能單元，用于給芯片供電。

5、41兩個(gè)引腳是芯片的接地引腳，也就是電源的負(fù)極。

在芯片工作的時(shí)候，首先要確保電源的這4個(gè)引腳被正確的連接在電源的正負(fù)極上。

外部時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路就是一個(gè)振蕩器，給單片機(jī)提供一個(gè)節(jié)拍，單片機(jī)執(zhí)行各種操作必須在這個(gè)節(jié)拍的控制下才能進(jìn)行，包括程序的運(yùn)行。

LPC111x/LPC11Cxx 包含三個(gè)獨(dú)立的振蕩器。分別是系統(tǒng)振蕩器、內(nèi)部 RC 振蕩器 (IRC) 和 看門狗振蕩器。 在具體應(yīng)用中，每一個(gè)振蕩器都可以有不止一個(gè)用途。

復(fù)位之后，LPC111x/LPC11Cxx 會(huì)在內(nèi)部 RC 振蕩器下工作，直到通過軟件進(jìn)行切換。這就使得系統(tǒng) bootloader 工作在一個(gè)已知的頻率下而不會(huì)受任何外部晶振的影響。

如果作為最小電路，在電路上可以什么都不用做，單片機(jī)內(nèi)部集成了一個(gè)頻率為12MHz的RC振蕩器，頻率誤差1%，但是如果想要提高單片機(jī)的時(shí)鐘精度，就需要在單片機(jī)外部提供更加精準(zhǔn)的時(shí)鐘震蕩信號(hào)。

上圖為在XTALIN和XTALOUT之間外接無源晶體振蕩器的原理圖，可以用晶體振蕩器產(chǎn)生的震蕩信號(hào)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作，多數(shù)情況下晶體振蕩器選用12MHz，匹配電容選用10pF。

上電復(fù)位電路

上電復(fù)位電路是一種用來使電路恢復(fù)到起始狀態(tài)的電路，由于單片機(jī)是基于時(shí)序控制的數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，需要等待單片機(jī)內(nèi)部的電源系統(tǒng)以及時(shí)鐘系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)，才可以讓單片機(jī)開始工作，這個(gè)等待過程就是上電復(fù)位電路所起的作用。

下圖為LPC11C14的上電時(shí)序圖：

簡而言之，對(duì)于LPC11C14單片機(jī)，上電復(fù)位電路的作用就是在上電時(shí)，讓單片機(jī)的RESET引腳保持低電平，延遲一段時(shí)間后，拉高電平，電平的跳變會(huì)觸發(fā)單片機(jī)內(nèi)部的施密特觸發(fā)器，收到觸發(fā)信號(hào)后，處理器從地址 0 處 (即最初的從引導(dǎo)塊映射的復(fù)位向量)開始執(zhí)行程序。同時(shí)所有的處理器和外設(shè)的寄存器被初始為預(yù)定值 。

如上所示電路是最簡單的RC上電復(fù)位電路。

驗(yàn)證單片機(jī)工作狀態(tài)

當(dāng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路搭建完成時(shí)，需要知道單片機(jī)是否正確工作，過程比較簡單，借助示波器，檢測(cè)晶體振蕩器的引腳是否產(chǎn)生震蕩信號(hào)，如果產(chǎn)生了震蕩信號(hào)，則表明單片機(jī)已經(jīng)開始運(yùn)行。

如果沒有示波器，可以用萬用表測(cè)量晶體振蕩器的引腳電壓，如果晶振起振，會(huì)在引腳上測(cè)出1.8V左右的電壓值。