现在的电子产品，功能稍微复杂的都离不开单片机，产品的技术方案都是以单片机为核心，根据不同的功能需求设计不同的外设电路。如下图就是一款温度控制器的功能框图，其核心就是单片机。

1- 电路框图

抛开功能需求不谈，如果要让单片机正常工作的话，哪几个电路是必须的呢？这就涉及到单片机的最小系统，所谓最小系统就是单片机能正常工作所必须的电路，包含如下几个电路：1)电源电路；2晶振电路；3)复位电路；4)下载电路。下面分别介绍这几个电路。

1 单片机的电源电路

任何电子元器件的正常工作都离不开电源，单片机的供电电源常用的有5V和3.3V。51单片机多以5V供电为主，STM32单片机、MSP430单片机多以3.3V供电为主。单片机的电源电路多以LDO方案为主，因为LDO的外设电路简单、纹波较小。比如最常用的AMS1117电源芯片。该芯片具有固定输出版本和可调输出版本，3.3V固定输出版本的电路如下图所示。

2 - 电源电路设计

2 单片机的晶振电路

单片机在执行程序时，是以指令周期为基础的，指令周期来源于时钟频率，而时钟频率是由晶振提供的。说晶振是单片机的心脏毫不为过，单片机的晶振有外部晶振和内部晶振之分。内部晶振频率低、精度差仅适用于对精度要求不高的场合。如果对晶振的精度要求比较高，则需要使用外部晶振。

外部晶振分为无源晶振和有源晶振。常见的HC-49S系列晶振就是无源晶振，需要外加两颗电容起振，外部晶振的电路如下图所示。

3 - 无源晶振电路

有源晶振多以四个引脚为主，需要供电，精度比无源晶振要高，不需要外接负载电容。无源晶振内部没有整形滤波电路，输出信号为正弦波，而有源晶振内部有整形滤波电路输出读书为方波。温补晶振和恒温晶振就是精度非常高的有源晶振。

3 单片机的复位电路

这里我们介绍的复位电路，主要是指上电复位电路，即在上电瞬间完成复位，复位完成后单片机正常执行程序。上电复位电路有高电平复位和低电平复位之分，51单片机是高电平复位，STM32单片机是低电平复位。上电复位电路是采用RC电路来实现的，复位时间为几个机器周期时间非常短。

高电平复位电路以及复位曲线如下图所示。

4 - 高电平复位电路

在上电瞬间，电容两端的电压不会发生突变，电容看作短路，那复位端是高电平，单片机完成复位，之后电容开始放电，直至复位端为低电平。低电平复位电路和复位曲线如下图所示。

5 - 低电平复位电路

在上电瞬间，电容看作短路，复位端是低电平，随后电容开始充电，直至复位端为高电平，单片机开始正常执行程序。

技巧：电容在哪侧就是什么复位，如电容在VCC侧就是高电平复位。

4 单片机的下载电路

单片机需要烧写程序后才能执行用户程序实现功能，烧写程序需要用到下载电路，或者说是下载接口。单片机常用的下载接口有如下几种：1)JTAG接口；2)SWD接口；3)ISP接口。下面分别介绍。

JTAG接口

JTAG接口是一种通用的国际标准测试协议，主要的四根线有TMS、TCK、TDI、TDO等。常用的标准接口有20脚、14脚和10脚，常用的设备为Jlink。

6 - JTAG接口电路

JTAG接口可以实现在线追踪、单步执行等仿真功能，方便查找问题。

SWD接口

SWD接口只有SWCLK和SWDIO两根线，非常节省PCB空间，并且该接口与JTAG接口的TMS和TCK复用。该接口可以实现在线追踪、单步执行等仿真功能，便于调试。

ISP接口

ISP接口是通过单片机的UART串口来实现的，也被称作串口下载。需要用到UART的TXD和RXD接口，所使用的工具为USB/TLL。电路如下图所示。

7 - 串口电路

该接口只能下载程序，并不能在线仿真。

以上四个电路：电源电路、晶振电路、复位电路和下载电路可以看作是单片机的最小系统，是单片机正常工作所必须的电路。在设计单片机电路时，以上四个电路需要优先考虑。

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