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摘要: 單(dan)片(pian)機作為一種數(shu)字邏輯控制器件，它(ta)的正常工作需要滿足(zu)一些條件，最小系統就是保(bao)證單(dan)片(pian)機運行做需要的最基本條件，主要包含(han)電(dian)源、時鐘電(dian)路(lu)以(yi)及(ji)上電(dian)復位(wei)電(dian)路(lu)。

單片(pian)機(ji)最小系統概(gai)述

單片(pian)機(ji)也(ye)叫微控制器(qi)(qi)(MCU)，是一(yi)種(zhong)數字邏輯(ji)控制器(qi)(qi)件(jian)，內部有(you)復雜的(de)電(dian)路組成。根據單片(pian)機(ji)的(de)原理，單片(pian)機(ji)的(de)正常工(gong)作需要一(yi)些條件(jian)，我們(men)把滿(man)足單片(pian)機(ji)工(gong)作的(de)最基本電(dian)路組成稱(cheng)為單片(pian)機(ji)最小系(xi)統(tong)。

LPC11C14單片機簡介

基于(yu) ARM Cortex-M0 的(de)(de) LPC111x/LPC11Cxx 系列微(wei)控制器是低功耗(hao)，32 位微(wei)控制器家族(zu)中(zhong) 的(de)(de)一員，面向 8、16 位微(wei)處(chu)理應用，具(ju)有高性能，低功耗(hao)，簡單指(zhi)令(ling)集，統一編址尋址等 優點，而(er)且，相對(dui)于(yu)現(xian)在(zai)市場上(shang)存(cun)在(zai)的(de)(de) 8/16 位架構來說，它有效的(de)(de)降低了代碼長度(du)。

LPC111x/LPC11Cxx 系列微控制(zhi)器的工(gong)作頻(pin)率可高達 50MHZ。

LPC111x/LPC11Cxx 系列微控制器加入的外圍組件包括：高(gao)達 32KB 的 flash 存(cun)(cun)儲器，8KB 的數據存(cun)(cun)儲器 , 一個(ge)(ge)增(zeng)強快(kuai)速模式 (FM+)I2C 接(jie)口， 一個(ge)(ge) RS-485/EIA-485 標準的通用異 步串行收發器，兩個(ge)(ge)具(ju)有 SSP 特(te)性的 SPI 接(jie)口，四個(ge)(ge)通用定時器，一個(ge)(ge) 10 位 ADC 和 42 個(ge)(ge) GPIO 引腳(jiao)。

片上 C_CAN 驅動器和(he)閃存的系統(tong)編程(cheng)工具通(tong)過 C_CAN 連接在 LPC11Cxx 里，此(ci)外 LPC11C2x 還包(bao)含一(yi)(yi)個(ge)一(yi)(yi)個(ge)片上 CAN 收(shou)發器。

最小系統基本組(zu)成(cheng)

單(dan)片機的(de)(de)種類有很多，不(bu)同公(gong)司不(bu)同型(xing)號的(de)(de)單(dan)片機在(zai)(zai)電路設計(ji)上也不(bu)盡(jin)相同，所以(yi)在(zai)(zai)使用一(yi)(yi)款單(dan)片機時(shi)，一(yi)(yi)定要先獲取(qu)單(dan)片機的(de)(de)數據手冊(datasheet)以(yi)及用戶使用手冊(User Manual)。本(ben)文使用的(de)(de)單(dan)品機是NXP(恩智浦)公(gong)司設計(ji)開發(fa)的(de)(de)LPC11C14單(dan)片機，該單(dan)片機屬于LPC11xx系列，是在(zai)(zai)LPC1114的(de)(de)基(ji)礎上增加了CAN總(zong)線功能(neng)單(dan)元，基(ji)本(ben)的(de)(de)引(yin)腳排(pai)布以(yi)及其(qi)他內(nei)部功能(neng)基(ji)本(ben)保持一(yi)(yi)致。 ![ ]

根據芯(xin)片的數據手(shou)(shou)冊和用(yong)戶使用(yong)手(shou)(shou)冊可以知道，LPC11C14單片機(ji)的最小系統組成如(ru)下(xia)：

電源供電

單(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)是(shi)一(yi)種數字邏輯(ji)器(qi)件，工作時(shi)需要進(jin)行電(dian)源供電(dian)。在(zai)眾多(duo)單(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)中(zhong)，不同單(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)有(you)不同的(de)(de)供電(dian)電(dian)壓(ya)，如(ru)傳統的(de)(de)51單(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)多(duo)為(wei)5V或3.3V，但(dan)是(shi)大(da)多(duo)數單(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)都可以(yi)在(zai)一(yi)定的(de)(de)電(dian)壓(ya)范圍(wei)內正常工作，例如(ru)宏(hong)晶公司2008年11月發布的(de)(de)STC12系(xi)列單(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)數據手冊中(zhong)，STC12C系(xi)列的(de)(de)單(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)電(dian)壓(ya)范圍(wei)是(shi)3.3~5.5V;STC12L系(xi)列的(de)(de)單(dan)片(pian)機(ji)(ji)(ji)電(dian)壓(ya)范圍(wei)是(shi)2.2~3.6V。

 對于LPC11C14，根據(ju)芯片手冊，可以了解到，LPC11C14的工作(zuo)電(dian)壓范圍：1.8V~3.6V

在(zai)芯(xin)(xin)片手(shou)冊中可以看(kan)到，芯(xin)(xin)片的(de)8、44兩(liang)個引(yin)腳是電源的(de)正極輸入(ru)引(yin)腳，這兩(liang)個引(yin)腳分(fen)別連接(jie)到了芯(xin)(xin)片內(nei)部的(de)穩壓器、芯(xin)(xin)片內(nei)的(de)外(wai)設以及ADC功能單(dan)元(yuan)，用于給(gei)芯(xin)(xin)片供(gong)電。

5、41兩個引腳是芯片的(de)接地引腳，也就(jiu)是電源的(de)負極。

在芯片工(gong)作的時候，首先(xian)要確(que)保電源的這4個(ge)引腳被正確(que)的連(lian)接在電源的正負極上。

外部(bu)時鐘(zhong)電(dian)路(lu)

時鐘電(dian)路就是一個振蕩器，給(gei)單片(pian)機提供一個節(jie)拍，單片(pian)機執行(xing)(xing)各種操作必(bi)須在這個節(jie)拍的控(kong)制下才能進行(xing)(xing)，包括程(cheng)序的運行(xing)(xing)。

LPC111x/LPC11Cxx 包含三個(ge)獨立的振(zhen)(zhen)(zhen)蕩(dang)器。分(fen)別是系統振(zhen)(zhen)(zhen)蕩(dang)器、內(nei)部 RC 振(zhen)(zhen)(zhen)蕩(dang)器 (IRC) 和 看門狗振(zhen)(zhen)(zhen)蕩(dang)器。 在具體(ti)應(ying)用(yong)中(zhong)，每一個(ge)振(zhen)(zhen)(zhen)蕩(dang)器都可以有不止一個(ge)用(yong)途。

復位之(zhi)后，LPC111x/LPC11Cxx 會(hui)在內部 RC 振蕩(dang)器(qi)下工作，直到(dao)通過(guo)軟件進行(xing)切換。這就使得系統 bootloader 工作在一個已知的(de)頻率下而不會(hui)受任何外(wai)部晶(jing)振的(de)影(ying)響(xiang)。

如果作為最小電(dian)(dian)路(lu)，在電(dian)(dian)路(lu)上(shang)可以什么都(dou)不用做，單片機內(nei)部(bu)集成了一個頻率為12MHz的(de)RC振(zhen)蕩器，頻率誤差1%，但是如果想要提(ti)高單片機的(de)時(shi)鐘精度(du)，就需要在單片機外部(bu)提(ti)供更(geng)加(jia)精準的(de)時(shi)鐘震(zhen)蕩信號。

上(shang)圖為在(zai)XTALIN和XTALOUT之間外接無源晶(jing)體振(zhen)(zhen)蕩(dang)器(qi)的原(yuan)理圖，可以用(yong)(yong)晶(jing)體振(zhen)(zhen)蕩(dang)器(qi)產生(sheng)的震蕩(dang)信(xin)號(hao)驅動單(dan)片(pian)機工作(zuo)，多數情況下晶(jing)體振(zhen)(zhen)蕩(dang)器(qi)選用(yong)(yong)12MHz，匹配(pei)電容(rong)選用(yong)(yong)10pF。

上電復位電路

上電(dian)(dian)(dian)(dian)復位(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)路是一種(zhong)用(yong)來(lai)使電(dian)(dian)(dian)(dian)路恢復到起(qi)(qi)始(shi)狀(zhuang)態的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)路，由于單(dan)片(pian)機(ji)是基于時(shi)(shi)(shi)序控制(zhi)的(de)數字電(dian)(dian)(dian)(dian)路，它(ta)需要穩定(ding)的(de)時(shi)(shi)(shi)鐘信號(hao)，因此在電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)上電(dian)(dian)(dian)(dian)時(shi)(shi)(shi)，需要等待單(dan)片(pian)機(ji)內(nei)部(bu)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)系統(tong)以及時(shi)(shi)(shi)鐘系統(tong)穩定(ding)工作(zuo)時(shi)(shi)(shi)，才(cai)可以讓單(dan)片(pian)機(ji)開始(shi)工作(zuo)，這(zhe)個等待過(guo)程就(jiu)是上電(dian)(dian)(dian)(dian)復位(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)路所起(qi)(qi)的(de)作(zuo)用(yong)。

下圖(tu)為LPC11C14的(de)上(shang)電時序圖(tu)：

簡(jian)而言之，對于LPC11C14單(dan)(dan)片機(ji)(ji)，上電復位(wei)電路的(de)作用就是(shi)在上電時，讓單(dan)(dan)片機(ji)(ji)的(de)RESET引腳保持低電平(ping)，延(yan)遲一(yi)段(duan)時間后，拉高電平(ping)，電平(ping)的(de)跳變(bian)會觸(chu)發(fa)單(dan)(dan)片機(ji)(ji)內部的(de)施密特觸(chu)發(fa)器(qi)，收(shou)到觸(chu)發(fa)信號后，處(chu)理器(qi)從(cong)地址 0 處(chu) (即最初的(de)從(cong)引導塊映射的(de)復位(wei)向量)開始(shi)執行(xing)程(cheng)序。同(tong)時所(suo)有的(de)處(chu)理器(qi)和外設(she)的(de)寄存器(qi)被初始(shi)為預定(ding)值 。

如上所(suo)示電(dian)(dian)路(lu)是最簡單的RC上電(dian)(dian)復位(wei)電(dian)(dian)路(lu)。

驗證單(dan)片機工作狀(zhuang)態

當單(dan)片(pian)機最小系統(tong)電(dian)路搭建(jian)完成時，需要知道單(dan)片(pian)機是否(fou)正確工作，過程比較簡單(dan)，借助(zhu)示波器，檢(jian)測晶(jing)體振蕩器的(de)引腳是否(fou)產生震蕩信(xin)號，如(ru)果產生了震蕩信(xin)號，則表明單(dan)片(pian)機已經開始運行。

如果沒(mei)有示(shi)波器，可以(yi)用萬用表測量(liang)晶體振蕩器的引腳電(dian)壓(ya)，如果晶振起振，會在引腳上測出1.8V左右的電(dian)壓(ya)值。