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最小系統(tǒng)，指的是的用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。一般在設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)的時(shí)候分為這四種必要的電路，分別是1、電源供電電路;2、單片機(jī)復(fù)位電路;3、時(shí)鐘振蕩電路;4、程序的下載接口電路。這次基于我們研發(fā)的WiFi小車(chē)51核心控制板的最小系統(tǒng)原理圖來(lái)講一下51單片機(jī)的最小系統(tǒng)。

WiFi小車(chē)51核心控制板使用的單片機(jī)是STC15W4K32S4系列單片機(jī)，這個(gè)系列單片機(jī)為寬電壓?jiǎn)纹瑱C(jī)，指的是工作電壓寬它的工作電壓可為2.5V-5.5V，為了方便大家使用我們選擇了與多核心實(shí)驗(yàn)箱同款的單片機(jī)IAP15W4K61S4，具有4K的SRAM和61KB的Flish程序存儲(chǔ)空間，帶有8路PWM其中包含6路15位的PWM和2路CCP，4個(gè)串行通信接口，5個(gè)內(nèi)部定時(shí)器和8路10位的ADC通道。這款單片機(jī)是可以直接在線對(duì)程序進(jìn)行仿真調(diào)試的，方便開(kāi)發(fā)和學(xué)習(xí)。

電源供電電路對(duì)于一個(gè)完整的電子產(chǎn)品來(lái)講，首先面臨的問(wèn)題就是系統(tǒng)的供電，所以電源是整個(gè)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)在單片機(jī)每個(gè)電源引腳旁邊放上一個(gè)濾波電容來(lái)保障輸入到單片機(jī)電源引腳的電壓是穩(wěn)定的，若單片機(jī)的時(shí)鐘頻率較高，建議這處的電容設(shè)置成0.01uF;若單片機(jī)的時(shí)鐘頻率較低，建議設(shè)置為0.1uF。

復(fù)位電路的作用是給單片機(jī)復(fù)位，使單片機(jī)恢復(fù)到起始狀態(tài)程序從頭開(kāi)始執(zhí)行，好比電腦在使用過(guò)程中出現(xiàn)了死機(jī)的情況，按下重啟按鍵電腦內(nèi)部程序從頭開(kāi)始運(yùn)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)在工作過(guò)程中也會(huì)受到環(huán)境等因素出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象。從單片機(jī)的數(shù)據(jù)手冊(cè)上得知復(fù)位電路的工作原理是在需要復(fù)位的時(shí)候給單片機(jī)的復(fù)位引腳輸入兩個(gè)機(jī)器周期以上的復(fù)位信號(hào)。這個(gè)復(fù)位信號(hào)分兩種，一種是高電平復(fù)位，一種是低電平復(fù)位。如下圖這兩種復(fù)位電路左側(cè)為低電平復(fù)位電路，右側(cè)是高電平復(fù)位。具體選用那種就需要看所使用的單片機(jī)是那種復(fù)位電路，原理都是一樣的只是復(fù)位信號(hào)不同，而51單片機(jī)常用的是低電平復(fù)位信號(hào)。

由圖中可以看出來(lái)這兩種復(fù)位電路是由電容和電阻串聯(lián)構(gòu)成的，不同的是我們考慮電容在直流中為短路的情況下單片機(jī)的復(fù)位引腳所接入的電平信號(hào)不一樣。高電平復(fù)位電路中復(fù)位引腳接的是低電平信號(hào)，反之低電平復(fù)位電路引腳接高電平。復(fù)位電路通電之后由于電容要進(jìn)行充電所以RST端的電壓并不是突變的，如在高電平復(fù)位電路中，系統(tǒng)一上電RST腳將會(huì)出現(xiàn)一段時(shí)間的高電平，而且這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間是由復(fù)位電路的RC值決定的，所以選用合適的組合的RC值就可保證單片機(jī)能夠可靠的復(fù)位。通常會(huì)選用0.1uF的電容和10K歐姆的電阻值，在工作電壓是5V的情況下電容充滿電的時(shí)間大概為1ms，這1ms的充電時(shí)間遠(yuǎn)大于了單片機(jī)的兩個(gè)機(jī)器周期。在這兩種復(fù)位電路中還包含了自動(dòng)復(fù)位電路和手動(dòng)復(fù)位電路，復(fù)位電路在系統(tǒng)上電的時(shí)候會(huì)完成一次復(fù)位，除此之外可以通過(guò)復(fù)位電路上的按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位的原理是按下按鍵后將電容器兩端短路直接將復(fù)位信號(hào)輸入到RST引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。

時(shí)鐘震蕩電路：前面的電源電路比較好理解，但是什么事時(shí)鐘電路呢?它的作用是什么呢?其實(shí)時(shí)鐘震蕩電路在單片機(jī)中的作用就像是人的心臟一樣，每時(shí)每刻都不斷的跳動(dòng)著，所以時(shí)鐘電路是是為單片機(jī)內(nèi)部各部分正常的工作提供驅(qū)動(dòng)力。WiFi小車(chē)上的時(shí)鐘震蕩電路如下圖所示。

經(jīng)常的我們的震蕩電路使用石英晶體振蕩器作為單片機(jī)的時(shí)鐘源，如果有時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)候也可以直接輸入到TXAL1引腳。如果使用無(wú)源晶振的話在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2腳接上一個(gè)石英晶體震蕩器，它在通電的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生特定的頻率的震蕩，最后通過(guò)電路可以輸出一個(gè)頻率穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作。

時(shí)鐘電路還要用到兩個(gè)電容C1，C2。這兩個(gè)電容和內(nèi)部電路共同組成一定頻率的震蕩，電容起固定頻率的作用。一般在設(shè)計(jì)的時(shí)候要注意是晶振、外部電容器與單片機(jī)之間的走線要盡量短，如果線太長(zhǎng)，會(huì)使它對(duì)干擾變得非常敏感,而且還會(huì)給振蕩器增加寄生電容。

在WiFi小車(chē)控制板上用的單片機(jī)其實(shí)內(nèi)部自帶了一個(gè)RC振蕩器作為時(shí)鐘源來(lái) ，但是它也可以使用外部晶振。一般RC振蕩器容易發(fā)生溫漂，使時(shí)鐘精度受到影響，所以我們?cè)谶@里依然使用了外部的石英晶體振蕩器作為時(shí)鐘振蕩電路了。

還有一個(gè)部分就是單片機(jī)下載程序的接口，這個(gè)就根據(jù)使用不同型號(hào)的單片機(jī)和不同的下載方式來(lái)決定的。WiFi小車(chē)51核心控制板中使用的單片機(jī)是可以使用串口進(jìn)行下載和仿真的，所以需要留出一個(gè)串口作為下載程序的接口，這個(gè)引出的下載口除了可以下載程序外，還是普通的串口，可以向普通的串口一樣做串口通信使用。

有了這四種電路單片機(jī)就可以穩(wěn)定的工作啦，我們?cè)赪iFi小車(chē)上接上我們的RGBLED燈、超聲波測(cè)距、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、按鍵等外圍設(shè)備，就可以用單片機(jī)控制和通信啦!