单片机最小系统概述

摘要: 单片机作为一种数字逻辑控制器件，它的正常工作需要满足一些条件，最小系统就是保证单片机运行做需要的最基本条件，主要包含电源、时钟电路以及上电复位电路。

单片机最小系统概述

单片机也叫微控制器(MCU)，是一种数字逻辑控制器件，内部有复杂的电路组成。根据单片机的原理，单片机的正常工作需要一些条件，我们把满足单片机工作的最基本电路组成称为单片机最小系统。

LPC11C14单片机简介

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 的一员，面向 8、16 位微处理应用，具有高性能，低功耗，简单指令集，统一编址寻址等 优点，而且，相对于现在市场上存在的 8/16 位架构来说，它有效的降低了代码长度。

LPC111x/LPC11Cxx 系列微控制器的工作频率可高达 50MHZ。

LPC111x/LPC11Cxx 系列微控制器加入的外围组件包括：高达 32KB 的 flash 存储器，8KB 的数据存储器 , 一个增强快速模式 (FM+)I2C 接口， 一个 RS-485/EIA-485 标准的通用异 步串行收发器，两个具有 SSP 特性的 SPI 接口，四个通用定时器，一个 10 位 ADC 和 42 个 GPIO 引脚。

片上 C_CAN 驱动器和闪存的系统编程工具通过 C_CAN 连接在 LPC11Cxx 里，此外 LPC11C2x 还包含一个一个片上 CAN 收发器。

最小系统基本组成

单片机的种类有很多，不同公司不同型号的单片机在电路设计上也不尽相同，所以在使用一款单片机时，一定要先获取单片机的数据手册(datasheet)以及用户使用手册(User Manual)。本文使用的单品机是NXP(恩智浦)公司设计开发的LPC11C14单片机，该单片机属于LPC11xx系列，是在LPC1114的基础上增加了CAN总线功能单元，基本的引脚排布以及其他内部功能基本保持一致。 ![ ]

根据芯片的数据手册和用户使用手册可以知道，LPC11C14单片机的最小系统组成如下：

电源供电

单片机是一种数字逻辑器件，工作时需要进行电源供电。在众多单片机中，不同单片机有不同的供电电压，如传统的51单片机多为5V或3.3V，但是大多数单片机的都可以在一定的电压范围内正常工作，例如宏晶公司2008年11月发布的STC12系列单片机数据手册中，STC12C系列的单片机电压范围是3.3~5.5V;STC12L系列的单片机电压范围是2.2~3.6V。

对于LPC11C14，根据芯片手册，可以了解到，LPC11C14的工作电压范围：1.8V~3.6V

在芯片手册中可以看到，芯片的8、44两个引脚是电源的正极输入引脚，这两个引脚分别连接到了芯片内部的稳压器、芯片内的外设以及ADC功能单元，用于给芯片供电。

5、41两个引脚是芯片的接地引脚，也就是电源的负极。

在芯片工作的时候，首先要确保电源的这4个引脚被正确的连接在电源的正负极上。

外部时钟电路

时钟电路就是一个振荡器，给单片机提供一个节拍，单片机执行各种操作必须在这个节拍的控制下才能进行，包括程序的运行。

LPC111x/LPC11Cxx 包含三个独立的振荡器。分别是系统振荡器、内部 RC 振荡器 (IRC) 和 看门狗振荡器。 在具体应用中，每一个振荡器都可以有不止一个用途。

复位之后，LPC111x/LPC11Cxx 会在内部 RC 振荡器下工作，直到通过软件进行切换。这就使得系统 bootloader 工作在一个已知的频率下而不会受任何外部晶振的影响。

如果作为最小电路，在电路上可以什么都不用做，单片机内部集成了一个频率为12MHz的RC振荡器，频率误差1%，但是如果想要提高单片机的时钟精度，就需要在单片机外部提供更加精准的时钟震荡信号。

上图为在XTALIN和XTALOUT之间外接无源晶体振荡器的原理图，可以用晶体振荡器产生的震荡信号驱动单片机工作，多数情况下晶体振荡器选用12MHz，匹配电容选用10pF。

上电复位电路

上电复位电路是一种用来使电路恢复到起始状态的电路，由于单片机是基于时序控制的数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，需要等待单片机内部的电源系统以及时钟系统稳定工作时，才可以让单片机开始工作，这个等待过程就是上电复位电路所起的作用。

下图为LPC11C14的上电时序图：

简而言之，对于LPC11C14单片机，上电复位电路的作用就是在上电时，让单片机的RESET引脚保持低电平，延迟一段时间后，拉高电平，电平的跳变会触发单片机内部的施密特触发器，收到触发信号后，处理器从地址 0 处 (即最初的从引导块映射的复位向量)开始执行程序。同时所有的处理器和外设的寄存器被初始为预定值 。

如上所示电路是最简单的RC上电复位电路。

验证单片机工作状态

当单片机最小系统电路搭建完成时，需要知道单片机是否正确工作，过程比较简单，借助示波器，检测晶体振荡器的引脚是否产生震荡信号，如果产生了震荡信号，则表明单片机已经开始运行。

如果没有示波器，可以用万用表测量晶体振荡器的引脚电压，如果晶振起振，会在引脚上测出1.8V左右的电压值。