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单片机最小系统介绍-51STM32F103xx系列单片机介绍

发布时间:2017-11-30 所属栏目:单片机的最小系统

一 : 51STM32F103xx系列单片机介绍

STM32F103xx系列单片机介绍

STM32F103xx增强型系列由意法半导体集团设计,使用高性能的ARMCortex-M332位的RISC内核,工作频率为72MHz,内置高速存储器(高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM),丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和一个PWM定时器,还包含标准和先进的通信接口:多达2个I2C和SPI、3个USART、一个USB和一个CAN。

1、结构与功能

■内核:ARM32位的Cortex?-M3CPU

?72MHz,1.25DMips/MHz(Dhrystone2.1),0等待周期的存储器

?支持单周期乘法和硬件除法

■存储器

?从32K字节至512K字节的闪存程序存储器(STM32F103xx中的第二个x表示FLASH容量,其中:“4”=16K,“6”=32K,“8”=64K,B=128K,C=256K,D=384K,E=512K)

?从6K字节至64K字节的SRAM

■时钟、复位和电源管理

?2.0至3.6伏供电和I/O管脚

?上电/断电复位(POR/PDR)、可编程电压监测器(PVD)

?内嵌4至16MHz高速晶体振荡器

?内嵌经出厂调校的8MHz的RC振荡器

?内嵌40kHz的RC振荡器

?PLL供应CPU时钟

?带校准功能的32kHzRTC振荡器

■低功耗

?睡眠、停机和待机模式

?VBAT为RTC和后备寄存器供电

■2个12位模数转换器,1us转换时间(16通道)

?转换范围:0至3.6V

?双采样和保持功能

?温度传感器

■DMA

?7通道DMA控制器

?支持的外设:定时器、ADC、SPI、I2C和USART

■多达80个快速I/O口

?26/37/51/80个多功能双向5V兼容的I/O口

?所有I/O口可以映像到16个外部中断

■调试模式

?串行线调试(SWD)和JTAG接口

■多达7个定时器

?多达3个16位定时器,每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道

?16位6通道高级控制定时器

?多达6路PWM输出

?死区控制、边缘/中间对齐波形和紧急制动

?2个看门狗定时器(独立的和窗口型的)

?系统时间定时器:24位自减型

■多达9个通信接口

?多达2个I2C接口(SMBus/PMBus)

?多达3个USART接口,支持ISO7816,LIN,IrDA接口和调制解调控制

?多达2个SPI同步串行接口(18兆位/秒)

?CAN接口(2.0B主动)

?USB2.0全速接口

■ECOPACK?封装(兼容RoHS)

2、特点概述

ARM?的Cortex?-M3核心

ARM的Cortex-M3处理器是最新一代的嵌入式ARM处理器,它为实现MCU的需要提供了低成本的平台、缩减的管脚数目、降低的系统功耗,同时提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应。ARM的Cortex-M3是32位的RISC处理器,提供额外的代码效率,通常在8和16位系统的存储空间上得以体现ARM核心的高性能。

STM32F103xx增强型系列拥有内置的ARM核心,因此它与所有的ARM工具和软件兼容。

嵌入式Flash存储器和RAM存储器

最新STM32F103xE型拥有高达512K字节的内置闪存存储器,用于存放程序和数据。多达64KB的嵌入式SRAM可以以CPU的时钟速度进行读写(不待等待状态)。

模拟/数字转换器(ADC)

STM32F103xx增强型产品内嵌2个12位的模拟/数字转换器(ADC),每个ADC有多达16个外部通道,可以实现单次或扫描转换。在扫描模式下,转换在选定的一组模拟输入上自动进行。

ADC接口上额外的逻辑功能允许:

1、同时采样和保持;

2、交叉采样和保持;

3、单次采样。

模拟看门狗功能允许非常精准地监视一路、多路或所有选中的通道,当被监视的信号超出预置的阀值时,将产生中断。由标准定时器(TIMx)和高级控制定时器(TIM1)产生的事件,可以分别内部级联到ADC的开始触发、外部触发和DMA触发,以使应用程序能同步AD转换和时钟。 可变静态存储器(FSMC)

FSMC嵌入在STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE中,带有4个片选,支持一下模式:Flash、RAM、PSRAM、NOR和NAND。3个FSMC中断线经过OR后连接到NVIC。没有读/写FIFO,除PCCARD之外,代码都是从外部存储器执行,不支持Boot,目标频率等于SYSCLK/2,所以当系统时钟是72MHz时,外部访问按照36MHz进行。

嵌套矢量中断控制器(NVIC)

可以处理43个可屏蔽中断通道(不包括Cortex-M3的16根中断线),提供16个中断优先级。紧密耦合的NVIC实现了更低的中断处理延迟,直接向内核传递中断入口向量表地址,紧密耦合的NVIC内核接口,允许中断提前处理,对后到的更高优先级的中断进行处理,支持尾链,自动保存处理器状态,中断入口在中断退出时自动恢复,不需要指令干预。

外部中断/事件控制器(EXTI)

外部中断/事件控制器由用于19条产生中断/事件请求的边沿探测器线组成。每条线可以被单独配置用于选择触发事件(上升沿,下降沿,或者两者都可以),也可以被单独屏蔽。有一个挂起寄存器来维护中断请求的状态。当外部线上出现长度超过内部APB2时钟周期的脉冲时,EXTI能够探测到。多达112个GPIO连接到16个外部中断线。

时钟和启动

在启动的时候还是要进行系统时钟选择,但复位的时候内部8MHz的晶振被选用作CPU时钟。可以选择一个外部的4-16MHz的时钟,并且会被监视来判定是否成功。在这期间,控制器被禁止并且软件中断管理也随后被禁止。同时,如果有需要(例如碰到一个间接使用的晶振失败),PLL时钟的中断管理完全可用。多个预比较器可以用于配置AHB频率,包括高速APB(PB2)和低速APB(APB1),高速APB最高的频率为72MHz,低速APB最高的频率为36MHz。

Boot模式

在启动的时候,Boot引脚被用来在3种Boot选项种选择一种:从用户Flash导入,从系统存储器导入,从SRAM导入。Boot导入程序位于系统存储器,用于通过USART1重新对Flash存储器编程。

电源供电方案

VDD,电压范围为2.0V-3.6V,外部电源通过VDD引脚提供,用于I/O和内部调压器。VSSA和VDDA,电压范围为2.0-3.6V,外部模拟电压输入,用于ADC,复位模块,RC和PLL,在VDD范围之内(ADC被限制在2.4V),VSSA和VDDA必须相应连接到VSS和VDD。VBAT,

电压范围为1.8-3.6V,当VDD无效时为RTC,外部32KHz晶振和备份寄存器供电(通过电源切换实现)。

电源管理

设备有一个完整的上电复位(POR)和掉电复位(PDR)电路。这条电路一直有效,用于确保从2V启动或者掉到2V的时候进行一些必要的操作。当VDD低于一个特定的下限VPOR/PDR时,不需要外部复位电路,设备也可以保持在复位模式。设备特有一个嵌入的可编程电压探测器(PVD),PVD用于检测VDD,并且和VPVD限值比较,当VDD低于VPVD或者VDD大于VPVD时会产生一个中断。中断服务程序可以产生一个警告信息或者将MCU置为一个安全状态。PVD由软件使能。

电压调节

调压器有3种运行模式:主(MR),低功耗(LPR)和掉电。MR用在传统意义上的调节模式(运行模式),LPR用在停止模式,掉电用在待机模式:调压器输出为高阻,核心电路掉电,包括零消耗(寄存器和SRAM的内容不会丢失)。

低功耗模式

STM32F103xx支持3种低功耗模式,从而在低功耗,短启动时间和可用唤醒源之间达到一个最好的平衡点。休眠模式:只有CPU停止工作,所有外设继续运行,在中断/事件发生时唤醒CPU;停止模式:允许以最小的功耗来保持SRAM和寄存器的内容。1.8V区域的时钟都停止,PLL,HSI和HSERC振荡器被禁能,调压器也被置为正常或者低功耗模式。设备可以通过外部中断线从停止模式唤醒。外部中断源可以使16个外部中断线之一,PVD输出或者TRC警告。待机模式:追求最少的功耗,内部调压器被关闭,这样1.8V区域断电。PLL,HSI和HSERC振荡器也被关闭。在进入待机模式之后,除了备份寄存器和待机电路,SRAM和寄存器的内容也会丢失。当外部复位(NRST引脚),IWDG复位,WKUP引脚出现上升沿或者TRC警告发生时,设备退出待机模式。进入停止模式或者待机模式时,TRC,IWDG和相关的时钟源不会停止。

3.详细介绍一款实际工作中智能仪表(要求原理30%、功能20%和应用10%)。

单相费控智能电能表介绍

1、单相费控智能电能表的总体结构

在对智能电能表硬件系统进行设计时,按照各自不同的功能,我们可以将其划分为若干模块,因此在系统硬件设计时,采用模块化的设计方案。按照各部分实现的不同功能,系统硬件部分整体结构包括以下几部分:信号采样部分、电能计量部分、MCU部分、液晶显示部分、时钟部分、存储部分、电源部分、485通信部分、红外通信部分、ESAM安全块、继电器控制以及脉冲信号输出等几部分组成。系统硬件整体结构框图如下:

图1 系统硬件整体结构框图

单相费控智能电能表的基本原理是:被测交流电压和交流电流经过高精度采样后送到专用电能计量芯片(即图中ATT7053A)经过一系列数字处理,转换成与有功功率成正比的脉冲信号,并进行脉冲输出,微处理器(78K0527A)将脉冲信号依据所属时段进行分时累计,得到总电量和各时段电量,并将结果保存到E2PROM中。同时完成相关数据的显示以及与远程上位机的通讯。

⑴在整个系统中,微控制器(即MCU)部分是系统控制核心,通过SPI和I2C总线方式与外部相关模块进行通信,控制着其外围各模块的运行状态。

⑵计量模块采用高精度的电能专用计量芯片,完成对采样电压和电流信号进行相关运算和处理,实现功率测量并进行脉冲信号输出等。计量芯片是整个电能计量的核心部分。

⑶时钟模块部分能为电表提供精确的计时,微控制器通过I2C

方式每间隔一定时间读取

二 : 单片机最小系统简介

单片机最小系统
单片计算机概述
所谓单片计算机就是将电子计算机的基本环节如中央处 理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、 定时器/计数器和一些输入/输出接口电路、总线等都集 成在一块芯片上的微型计算机,简称单片机(SingleChip Microcomputer,简称SCM)。

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? 中央处理器包括运算器、控制器和寄存器,是单片机的核心。 ? 存储器是用来存放数据和程序的,在单片机芯片中包含两类 存储器:随机存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。RAM可以 被CPU随机读写,但单片机断电后,所保存的信息就会消失,一 般用来存放临时数据;ROM中的信息只能被CPU读取,CPU不能对 它进行写操作,通常用于存放系统程序和固定的表格数据。ROM 中的内容只能通过专用的编程器事先对它写入。 ? 输入/输出接口是单片机与外部设备连接的桥梁,单片机和 外部设备(如键盘、显示器等)之间信息的传送全部都通过输 入/输出(I/O)接口来实现。 ? 总线就是连接各部件信号线的总称,主要是用来传送数据、 Single-Chip microcomputer 地址和控制信息。

单片机最小系统
8051系列单片机是在Intel公司 于上世纪80年代推出的MCS-51 系列单片机基础上发展的高性 能8位单片机,它在一个芯片内 集成了RAM、ROM、16位定时器/ 计数器、并行I/O口、异步串行 口以及其它一些功能部件。

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8051单片机的基本结构如图1-3所示,一个单片机芯片内包 括: ·中央处理器CPU; ·内部数据存储器RAM; ·内部程序存储器ROM(有的型号没有); ·4个8位并行I/O接口(P0、P1、P2、P3); ·2~3个可编程定时器/计数器; ·一个可编程串行接口; ·内部中断具有5个中断源,2个优先级的嵌套中断结构,可 实现二级中断嵌套; ·一个片内振荡器及时钟电路,振荡时钟频率可以高达 40MHz。
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图1-3

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MCS-51单片机的引脚定义及功能: 电源
VCC(引脚号40):芯片电源,接+5V。 VSS(引脚号20):接地端。

时钟
XTAL1(引脚号19):内部震荡电路反相放大器的输入端,是外接 晶振的一个输入引脚。 XTAL2(引脚号18):内部震荡电路反相放大器的输出端,是外接 晶振的另一个输入引脚。

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控制总线
ALE/PROG(引脚号30):地址锁存允许,主要功能是提供一个定时的 时钟。 EA/VPP(引脚号31):访问外部存储器控制信号。如果使用内部ROM 作为程序存储器,此引脚需接高电平(VCC);如果使用外部ROM作为程 序存储器,则要将此引脚接

地。 RST/VPD(引脚号9):复位信号输入端。当系统主电源发生故障,降 低到规定的电压以下时,可以通过VPD端为单片机提供备用电源,以保证 存储在单片机中的RAM中的信息不会丢失。 PSEN(引脚号29):外部程序存储器ROM读选通信号。当单片机需要从外 部ROM读取指令或数据时,此引脚输出低电平信号。

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输入/输出
P0.0~P0.7(引脚号32~39):双向输入/输出端口。 P1.0~P1.7(引脚号1~8):双向输入/输出端口。 P2.0~P2.7(引脚号21~28):双向输入/输出端口。 P3.0~P3.7(引脚号10~17):双向输入/输出端口,当该端口不作为 输入/输出端口使用时,每一个引脚也可以有第二功能,如: P3.0/RXD:串行输入口; P3.1/TXD:串行输出口; P3.2/INT0:外部中断0输入口; P3.3/INT1:外部中断1输入口; P3.4/T0:定时器/计数器0外部事件脉冲输入口; P3.5/T1:定时器/计数器1外部事件脉冲输入口; P3.6/WR:写信号; P3.7/RD: 读信号;

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特别提醒:
当选用片内ROM作为程序存储器时,一定要将EA接高电平 (+5V)。对于无片内ROM需要使用片外程序存储器的单片 机,EA必须接地

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单片机最小系统
单片机最小系统的构建
单片机的最小系统是指单片机能正常工作所必须的基本电路, 主要由单片机、复位电路、晶振电路构成,如果采用的是不 带内部ROM的单片机,还需要有外部ROM扩展电路。

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? 单片机的选择 由于单片机的种类很多,在选择单片机时要根据实际设计和单片 机的价格来选择合适的单片机。 ? 晶振电路的设计

在设计单片机系统电路时,晶振电路是不可缺少的。在计算机 系统中,所有的工作都是在一个节拍(时钟)下同步工作,这 样才不会出现冲突。时钟的快慢决定了系统的工作效率,我们 通常所说的计算机的主频就是指系统时钟的频率。而在计算机 系统中,系统时钟是由晶振电路来提供的,可以说晶振电路是 计算机系统的心脏。
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晶振一般分为晶体振荡器和晶体谐振器两种

单片机系统中晶振的使用有两种方式,内部时钟方式和外部 时钟方式。
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特别提醒 在单片机中,晶振电路的设计一定要和单片机靠近,路线尽 量短。晶振电路的地一定要和同一时钟的芯片的地共地。 在晶振频率的选择上,在满足系统需要的前提下尽可能地选 用低频率的晶振,这样可以降低系统功耗,不是选用的频率 越高越好。

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单片

机最小系统
单片机以晶振的振荡周期为最小的时序单位,单片机内部的所 有操作都以此周期为时序基准。单片机指令的基本执行时间为 一个机器周期,一个机器周期由6个状态周期组成,每个状态 周期又分成2个振荡周期。

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? 复位及复位电路的设计
在单片机系统中,复位电路是不可缺少的。单片机在正常工 作(即执行指令)前,必须要进行复位操作,这样做的目的 是将CPU以及系统中其它部件都处于一个明确的初始状态,便 于系统启动。 要实现复位操作,必须使单片机RESET管脚至少保持2个机器周期 以上的高电平即可。在实际系统中,考虑到系统电源电压的上升 时间和晶体振荡器的起振时间,为了保证系统能可靠复位,复位 信号应该至少维持20ms以上高电平。
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单片机的复位电路有很多种,主要分为上电复位和外部复位两种

上电复位电路
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外部复位电路
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1.3 基于最小系统的功能测试
? 一个简单的发光二极管控制电路的设计

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? 测试程序的编写
# include <reg51.h> sbit P0_0 = 0x80; void Delay(int Time_ms); // 延时子程序 void main(void) { P0 = 0; // P0端口输出低电平 while(1) { P0_0 = 0 ; // LED灯灭2秒钟 Delay (2000); P0_0 = 1; // LED灯亮2秒钟 Delay (2000); } return; }

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/******************* 延时程序,输入的参数为毫秒数 **********************/ void Delay(int Time_ms) { int i; unsigned char j; for(i=0;i<Time_ms;i++) { for(j=0;j<150;j++) { } } }

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? 设计仿真与分析
需要准备两个单片机系统设计常用的软件,一个是单片机软件开发工具 Keil μ Vision 2,另一个是单片机仿真软件Proteus。

? 应用程序的录入、编译和调试
打开Keil μ Vision2。在工程项目的选项中,选择‘New Project’

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在出现的器件选择对话框,中选择Atmel公司的AT89C51。

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在开发软件界面左侧的目标管理窗口中,移动鼠标在Source Group处点击右 键,点击Add Files to Group,如下图所示。在随后的对话框中,将输入的 程序文件添加到项目组中。

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在Project选项中,点击Option for Target ‘Target 1’。便会出现如下图 所示的对话框。

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在Project菜单中,点击Built Target 或按下F1,开始编译, 最后生成和一个C文件名相同的一个.HEX文件。这样程序设计 部分就完成了

Sin

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? 系统仿真 打开Proteus,在设计工作界面上,鼠标点击右键,会出现一 个对话框,在Place>Component>From Libraries 选项中,根 据电路设计分别调出单片机AT89C51、晶振、电阻、电容和发 光二极管LED等,并按照所设计的电路图将这些元件连接起来。

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双击单片机,则会出现一个元件编辑对话框

在Program File框中添加在Keil μ Vision2中编译好的.HEX程序。 接着就可以用鼠标点击设计工作界面左下角的仿真运行按钮 这时就可以看见设计工作界面中的LED灯开始按照程序设计的要求闪 烁起来

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? 系统电源设计 1.单一的+5V电源

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2.±5V电源

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三 : 51单片机最小系统介绍

单片机最小系统介绍 51单片机最小系统介绍

说明

复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍.

晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作)

单片机:一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机

特别注意:对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行.这一点是初学者容易忽略的.

复位电路:

一、复位电路的用途

单片机复位电路就好比电脑的重启部分,当电脑在使用中出现死机,按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。(www.61k.com]单片机也一样,当单片机系统在运行中,受到环境干扰出现程序跑飞的时候,按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。

单片机复位电路如下图:

二、复位电路的工作原理

在书本上有介绍,51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2US就可以实现,那这个过程是如何实现的呢?

在单片机系统中,系统上电启动的时候复位一次,当按键按下的时候系统再次复位,如果释放后再按下,系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。 开机的时候为什么为复位

在电路图中,电容的的大小是10uF,电阻的大小是10k。所以根据公式,可以算出电容充电到电源电压的0.7倍(单片机的电源是5V,所以充电到0.7倍即为3.5V),需要的时间是10K*10UF=0.1S。

也就是说在电脑启动的0.1S内,电容两端的电压时在0~3.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少(串联电路各处电压之和为总电压)。所以在0.1S内,RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号,而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机0.1S内,单片机系统自动复位(RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右)。

按键按下的时候为什么会复位

在单片机启动0.1S后,电容C两端的电压持续充电为5V,这是时候10K电阻两端的电压接近于0V,RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候,开关导通,这个时候电容两端形成了一个回路,电容被短路,所以在按键按下的这个过程中,电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移,电容的电压在0.1S内,从5V释放到变为了1.5V,甚至更小。根

单片机最小系统介绍 51单片机最小系统介绍

据串联电路电压为各处之和,这个时候10K电阻两端的电压为3.5V,甚至更大,所以RST引脚又接收到高电平。(www.61k.com)单片机系统自动复位。

总结:

1、复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号,只要保证电容的充放电时间大于2US,即可实现复位,所以电路中的电容值是可以改变的。

2、按键按下系统复位,是电容处于一个短路电路中,释放了所有的电能,电阻两端的电压增加引起的。

51单片机最小系统电路介绍

1.51单片机最小系统复位电路的极性电容C1的大小直接影响单片机的复位时间,一般采用10~30uF,51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。

2.51单片机最小系统晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz,在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振,51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度,频率越大处理速度越快。

3.51单片机最小系统起振电容C2、C3一般采用15~33pF,并且电容离晶振越近越好,晶振离单片机越近越好4.P0口为开漏输出,作为输出口时需加上拉电阻,阻值一般为10k。 设置为定时器模式时,加1计数器是对内部机器周期计数(1个机器周期等于12个振荡周期,即计数频率为晶振频率的1/12)。计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。

设置为计数器模式时,外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。当某周期采样到一高电平输入,而下一周期又采样到一低电平时,则计数器加1,更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期,因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz时,最高计数频率不超过1/2MHz,即计数脉冲的周期要大于2 ms。

四 : 单片机最小系统简介

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本文标题:单片机最小系统介绍-51STM32F103xx系列单片机介绍
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