单片机最小系统的设计

单片机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/计时器等功能(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，在工业控制领域的广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。

单片机的最小系统就是使单片机能够实现简单运行的最少的原件的组合。最小系统一般包括时钟电路、复位电路和电源电路三部分组成。

时钟电路由晶体振荡器(简称“晶振”)和起振电容组成，现在也有内置电容的晶振，但是价格偏高。晶振可以为单片机提供一个“相对精准”的时间值，所以晶振电路也叫做时钟电路。

复位电路通常是由一个上拉电阻让其保持高电平即可，若需要将系统进行复位重置，将复位引脚与GND短接即可实现服务重置。(具体的看单片机数据手册，有的是下拉)

供电电路为单片机的运行提供能量，没有电就无法进行工作。

晶振是单片机最小系统的“心脏”，我们对晶振的选型是通过频率进行确定的。我们比较熟悉的11.0592MHz晶振、12MHz晶振，反应的就是振动的频率。我们以11.0592MHz晶振为例，11.0592MHz反应的是在1秒钟的时间内，晶振会完成11.0592M次高低电平的变化。

这里我们来分析Arduino开发板的单片机——Atmega 328P的最小系统设计，这里我们先来看一下该芯片数据手册内相关内容。

这部分是Atmega 328P单片机的引脚图，可以看到总共有四种封装，三种是贴片的、一种是直插的。每个引脚都有它们各自的功能，功能描述如下。

VCC和GNG就无需多说，这个是供电引脚，为系统运行进行供能。

Port B (PB7:0) XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2，端口B是一个8位的双向I/O端口与内部上拉电阻(每位选择)。端口B输出缓冲器具有对称驱动特性，具有高接收器和源能力。作为输入，端口B引脚是外部拉低将源电流，如果上拉电阻被激活。端口B引脚是tri声明当复位条件成为活动，即使时钟不运行。根据时钟选择熔断器设置，PB可作为反相振荡器放大器和内部时钟工作电路的输入。根据时钟选择熔断器设置，PB7可作为反相振荡器放大器的输出。如果使用内部校准RC振荡器作为芯片时钟源，PB7…6被用作TOSC2…如果设置了asr中的AS2位，则为异步定时器/Counter2输入1。

上面我是翻译数据手册的，是PB这一组的，有些引脚具备多个功能(叫做“引脚复用”)。这里的XTAL1和XTAL2是改单片机的时钟引脚，我们需要接入一个时钟电路。其他的引脚功能根据自己的需要来配置即可，这部分内容会留在我们后期的编程来讲解。

端口C是一个7位的双向I/O端口与内部上拉电阻(为每个位选择)。PC5……0输出缓冲器具有对称驱动特性，具有高吸收和源能力。作为输入，端口C引脚是外部拉低将源电流，如果上拉电阻被激活。端口C引脚是tri声明当复位条件成为活动，即使时钟不运行。

上面我是翻译数据手册的，是PC这一组的，PC引脚具备ADC采集的功能，同时其中的PC4和PC5具备IIC通讯的功能，大家在编程使用的时候要小心。

其中PC6是复位引脚，默认处于高电平。当该引脚处于低电平时，整个系统讲进行复位重启。

端口D是一个8位的双向I/O端口与内部上拉电阻(为每个位选择)。端口D输出缓冲器具有对称驱动特性，具有高接收器和源能力。作为输入，端口D引脚是外部拉低将源电流，如果上拉电阻被激活。当复位条件变得活跃时，端口D引脚是三种状态，即使时钟没有运行。

上面我是翻译数据手册的，是PD这一组的，具体的功能大家可以看引脚的描述。PD这一组的功能还是蛮适用的。

最后还有个AVCC和AREF。AREF是A/D转换器的模拟参考引脚，我们的AD采集范围是0~5V，这是因为AREF引脚的电压是在5V，如果AREF引脚处于3.3V，那么我们AD采集范围就是0~3.3V，所以AREF也叫做模拟信号基准电压。AVCC默认是接在5V的，数据手册写的我也没看太明白，说是引脚的基准电压。

综上所述，那么我们这个电路图大概就已经出来了!

XTAL1引脚和XTAL2引脚接一组时钟电路，RESET(PC6)引脚需要上拉，同时我们留出一个按键连接GND，当按键按下时系统执行复位，AREF是模拟量基准电压，数据手册说是接一个低通滤波，我们可以直接把改引脚接104电容、接GND即可，VCC个GND提供供电，其他引脚留出供使用即可，那么最终的最小系统图如下所示。

这是最小系统，是保障单片机能运行的最低要求。你可以根据自己的需求，增加一些电源指示灯啊、12V转5V的电路啊等内容。

当然初学者学习该内容还是要多去看大佬们做好的电路、去尝试分析大佬们做好的电路、去验证大佬们做好的电路，电子电路的学习没用捷径，只能靠自身的知识积累和眼界。