自制51单片机最小系统开发板[通俗易懂]

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

1.开发工具

硬件开发工具：

Altium Designer 17.1

编程开发工具：

KEIL 4

程序下载工具：

STC-ISP

串口驱动：

CH341SER

2.单片机最小系统介绍

单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。本文的单片机特指51单片机，具体芯片型号是STC89C52RC。需注意STC89C51,STC89C52，AT89C51,AT89C52都是51单片机的一种具体芯片型号。

2.1原理图及PCB

原理图

PCB
PCB的2D视角

PCB的3D视角


最小系统组成：

51单片机最小系统：单片机、复位电路、晶振（时钟）电路、电源

最小系统用到的引脚

1、主电源引脚（2根）
VCC：电源输入，接＋5V电源
GND：接地线

2、外接晶振引脚（2根）
XTAL1：片内振荡电路的输入端
XTAL2：片内振荡电路的输出端

3、控制引脚（4根）
RST/VPP：复位引脚，引脚上

2.2电源

设计使用的电源接口是DC 5V。USB座可以查到手机充电口，电脑USB端取电。接好线路后，按下电源开关，单片机即可开始工作。

2.3复位电路

在电路图中，电容的的大小是10uf，电阻的大小是10k。
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。可以算出电容充电到电源电压的0.7倍，即电容两端电压为3.5V、电阻两端电压为1.5V时，需要的时间约为T=RC=10K*10UF=0.1S。
也就是说在单片机上电启动的0.1S内，电容两端的电压从0-3.5V不断增加，这个时候10K电阻两端的电压为从5-1.5V不断减少（串联电路各处电压之和为总电压），所以RST引脚所接收到的电压是5V-1.5V的过程，也就是高电平到低电平的过程。
单片机RST引脚是高电平有效，即复位；低电平无效，即单片机正常工作。所以在开机0.1S内，单片机系统RST引脚接收到了时间为0.1S左右的高电平信号，所以实现了自动复位。
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。单片机系统自动复位。

2.4晶振电路

晶振基本概念 晶振全名叫晶体振荡器，每个单片机系统里都有晶振，晶振是由石英晶体经过加工并镀上电极而做成的，主要的特性就是通电后会产生机械震荡，可以给单片机提供稳定的时钟源，晶振提供时钟频率越高，单片机的运行速度也就越快。 晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。
晶振起振后， 产生的振动信号会通过XTAL1引脚， 依次经过振荡器和时钟发生器的处理，得到机器周期信号，作为指令操作的依据。51单片机常用的晶振是12M和11.0592M

3元器件清单及样机焊接

3.1元器件清单

如果不想直接焊芯片到板子，可以买个下图黑色的紧锁座。规格选DIP40

3.2PCB板制作

方法1：学校实验室常用的DIY腐蚀电路板制作（略）
方法2：外发给专业的PCB工厂。推荐嘉立创https://www.jlc.com/#
可代发，需要请私信
空板正反面：

3.3焊接注意事项
直插电解电容，和LED灯是有正负极之分的。

电解电容正负极分辨：
1.看实物套管

2.看引脚长短：
电解电容正极引线比较长、负极稍短

LED灯正负极分辨：
1.引脚长短也可以看出来，发光二极管的正负极，引脚长的为正极，短的为负极。
2.万用表打到二极管档，分别短接LED灯引脚，如果亮，红表笔接的是正极。

3.4最终实物：

焊接好的实物如图

4程序烧录及测试

测试用的51单片机型号是STC89C52RC，是国产品牌宏晶科技STC量产的8051单片机。

4.1测试代码

#include<reg52.h>
#include<intrins.h>
//数据类型定义
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int  uint;
uchar flag1s = 0;
uint one_sec_flag = 0;
sbit TEST_LED=P1^0;
void main()
{ 
   
	EA=1;	//开总中断
	TMOD=0X01;//T0的工作模式为模式1
	TH0=0X4C;
	TL0=0X00;//11.0592M晶振 50ms定时初值
	ET0=1; //允许定时器1中断
	TR0=1;//启动定时器0 
	while(1)
	{ 
   	

		if(flag1s)						//一秒刷新一次
		{ 
   
			TEST_LED = 0;
		}else{ 
   
			TEST_LED = 1;
		}	
	}
}

void Timer0() interrupt 1
{ 
   
	TH0=0XBB;
	TL0=0X00;
	if(++one_sec_flag<50){ 
   
		return;//提前结束函数
		}
		if(flag1s) 
		{ 
   
			flag1s = 0;
		}else{ 
   
			flag1s = 1;
		}		
	one_sec_flag=0;
}

编译之后产生test.hex烧录文件。

4.2下载器及下载驱动
STC89C52单片机下载器实际上就是USB转TTL串口，如下图所示

驱动：压缩包中的CH341SER.EXE
先安装驱动才能下载代码到单片机中。

4.3程序下载

硬件准备：

下载器的RXD连接芯片的TXD(P30),下载器的TXD连接芯片的RXD(P31),本设计引出了芯片的RXD和TXD，如上图所示连接即可。

软件准备：
STC-ISP.exe
双击打开
下载步骤

1选择选择单片机型号
2.选择下载器的串口
3.打开编译生成的HEX文件
4.点击下载


此时，按下电源开关给单片机上电，下载软件会识别出单片机，然后自动下载程序。下载成功后会有提醒。

测试效果：测试LED灯一秒间隔闪烁。

测试视频：