很多单片机初学者做的第一个东西就是最小系统,说白了就是让一颗芯片先跑起来,能烧录程序、能输出高低电平,这就算成功了。最小系统看着简单,其实里面有不少讲究,电源、时钟、复位这三个部分一个都不能少,画原理图的时候也容易踩坑。今天就聊聊单片机最小系统电路图该怎么画,从原理到PCB布线一步步捋清楚。
先说电源部分。单片机一般工作在3.3V或者5V,要根据芯片的datasheet来选。电源输入端要加滤波电容,通常是一个大电解电容(10uF或者47uF)加一个小陶瓷电容(0.1uF),大电容滤低频纹波,小电容滤高频噪声,这两个电容尽量靠近单片机的电源引脚放置。如果用LDO来稳压,比如AMS1117-3.3或者LM7805,LDO的输入端和输出端都要各加一对电容,别省了。
时钟电路是单片机的心跳源。外部晶振的话,一般选8MHz或者11.0592MHz,11.0592的好处是能精确分频出9600波特率,做串口通信特别方便。晶振的两个引脚各接一个负载电容到地,电容值要看芯片的datasheet,常见的是22pF或者33pF。晶振和电容要尽量靠近单片机的时钟引脚,走线短一点,不然容易起振不稳。现在很多单片机也支持内部RC振荡,精度虽然不如外部晶振,但省了外围元件,对时钟精度要求不高的场合完全够用。
复位电路分两种:上电复位和手动复位。上电复位最简单,一个10k电阻上拉到VCC,一个0.1uF电容到地,电阻和电容的连接点接复位引脚,上电的时候电容充电,复位引脚保持低电平一段时间,让单片机完成复位。手动复位再加一个按键,按下时把复位引脚拉低就行。注意复位引脚的触发电平,有的是低电平有效(NPN三极管复位),有的是高电平有效,别搞反了。
画原理图的时候,建议把单片机的VCC和GND脚在原理图上用电源符号表示,连线会干净很多。去耦电容一定要画,而且每一组电源引脚旁边都要有。如果芯片有AVCC(模拟电源)和DVCC(数字电源)两个引脚,模拟电源要单独加LC滤波,比如串一个10欧电阻再加电容到地,这样数字部分的噪声不会串到模拟部分。
转成PCB的时候,单片机下面最好有一个完整的地平面,数字地和模拟地分开走最后汇到一点。电源走线要粗一点,至少能过芯片的工作电流,一般1mm宽度大概能过1A电流。晶振下面不要铺铜,保持一个干净的区域,避免干扰。复位线和时钟线也尽量短,时钟线旁边最好包地(左右两侧走地线)。
最小系统做好后,烧录程序就能验证是否正常。如果烧录进去的程序能让一个LED闪烁,那就说明电源、时钟、复位都没问题了。后面加外设模块的时候,只要VCC、GND、信号线接好,基本就能跑起来。
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