1、項目項目1 1 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)任務1 搭建單片機最小系統(tǒng) 組裝一個單片機的最小系統(tǒng)，外接組裝一個單片機的最小系統(tǒng)，外接1個發(fā)光二個發(fā)光二極管，要求系統(tǒng)上電后，發(fā)光二極管點亮。極管，要求系統(tǒng)上電后，發(fā)光二極管點亮。任務內(nèi)容知識要求 了解什么是單片機、了解什么是單片機、51單片機的結構與引腳；單片機的結構與引腳；掌握最小系統(tǒng)電路結構；學會掌握最小系統(tǒng)電路結構；學會Proteus仿真軟件的仿真軟件的使用，并學會單片機最小系統(tǒng)電路設計。使用，并學會單片機最小系統(tǒng)電路設計。 知識點知識點1 單片機概述單片機概述 電子計算機高速發(fā)展到今天，通?？煞譃榫扌蜋C、大型機、中型機、小型機和微型機五類

2、。它們在系統(tǒng)結構和基本工作原理方面并無本質(zhì)的區(qū)別，只是在體積、性能和應用領域方面有所不同。 o 微處理器MP(Micro Processor) o 微型計算機MC(Micro Computer) o 微型計算機系統(tǒng)MCS (Micro Computer System)o 單片微型計算機 (Single Chip Microcomputer)1. 基本概念 o 第一代(19741976年)：單片機發(fā)展的起步階段。 o 第二代(19761978年)：這一階段生產(chǎn)的單片機已是單塊芯片，但其性能低、品種少、尋址范圍有限、應用范圍也不廣。 o 第三代(19791982年)：8位單片機的成熟階段。o 第四

3、代(1983年以后)：8位單片機向更高性能發(fā)展，同時出現(xiàn)了工藝先進、集成度高、內(nèi)部功能更強和運算速度更快的16位單片機，它允許用戶采用面向工業(yè)控制的專用語言，如C語言等。 2. 單片機的發(fā)展 ATMEL89系列（以下簡稱AT89）單片機是美國ATMEL公司生產(chǎn)的8位高性能單片機，其主要技術優(yōu)勢是內(nèi)部含有可編程Flash存儲器，用戶可以很方便地進行程序的擦寫操作，在嵌入式控制領域中被廣泛的應用。3. ATMEL89系列單片機簡介 表1-1 AT89系列單片機概況o MCS-51系列單片機的派生產(chǎn)品，是一種增強功能的單片機o 指令系統(tǒng)、硬件結構和片內(nèi)資源上與標準8051單片機完全兼容o 方便地進行

4、程序的擦寫操作，無需專用編程器，無需專用仿真器o STC單片機還開發(fā)出不同型號的新型單片機，如STC12系列、STC15系列單片機，集成不同功能模塊，用戶可方便選擇4. STC系列單片機簡介 知識點知識點2 計算機中的數(shù)計算機中的數(shù) 微型計算機中常用的數(shù)制有三種：1. 常用數(shù)制 o 十進制數(shù)：用一串連續(xù)的數(shù)字表示。如12，-1，0等。o 八進制數(shù)：用數(shù)字0開頭。如010，-056，011等。o 十六進制數(shù)：用數(shù)字0和字母x或X開頭。如0 x5a，-0 x9c等。o （1）位（bit）和字節(jié)（byte） 位，最小數(shù)據(jù)單位，用b表示； 字節(jié)，基本存儲單位，用B表示。o （2）字(word)和字長

5、字，數(shù)據(jù)處理的基本單位。 字長，一個字所包含的二進制數(shù)的位數(shù)，數(shù) 據(jù)總線的位數(shù)決定，是微處理器的重要指標之一。2. 計算機中數(shù)的表示 o （3）機器數(shù)與真值 在計算機中，把放在寄存器、存儲器、或數(shù)據(jù)端口中的數(shù)稱為機器數(shù)。機器數(shù)所對應的值稱為真值。 機器數(shù)的真值到底是多少，取決于機器數(shù)所對應的是無符號數(shù)還是有符號數(shù)以及所對應的是什么碼制表示的數(shù)。2. 計算機中數(shù)的表示 o 無符號數(shù)：不帶正、負號的數(shù)（signed） 00000000B11111111B，即0255共256個數(shù)o 帶符號數(shù)：數(shù)的前面增設一位符號位，并規(guī)定正號用“0”表示，負號用“1”表示（unsigned）2. 計算機中數(shù)的表示

6、知識知識3 51單片機結構與引腳單片機結構與引腳 1. AT89C51單片機的結構 AT89系列單片機在結構上基本相同，只是在個別模塊和功能上有些區(qū)別。圖1.2是AT89C51單片機的內(nèi)部結構框圖。它包含了作為微型計算機所必需的基本功能部件，各功能部件通過片內(nèi)單一總線連成一個整體，集成在一塊芯片上。 基本功能單元CPU系統(tǒng)總線控制器CPU時鐘系統(tǒng)外部擴展單元定時器/計數(shù)器CPU外圍單元程序存儲器ROM數(shù)據(jù)存儲器RAM輸入/輸出口I/O特殊功能寄存器SFR中斷系統(tǒng)串行接口圖1-2 AT89C51內(nèi)部結構框圖123456789101112131415161718192040393837363534

7、33323130292827262524232221(T2)P1.0(T 2 EX)P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST(RXD)P3.0(TXD)P3.1(T0)P3.4(T1)P3.5XTAL2XTAL1GND(TNT0)P3.2(TNT1)P3.3(WR)P3.6(RD)P3.7VCCP0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0.3(AD3)P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)P2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)P2.4(A12)P2.3(A11)P2.2(A10)P2.1(A9)P2.0(A8

8、)EA/VPPALE/PROGPSENP1.5P1.6P1.7RST(RXD)P3.0NC(TXD)P3.1(INT0)P3.2(INT1)P3.3(T0)P3.4(T1)P3.5P0.4(AD4)P0.5(AD5)P0.6(AD6)P0.7(AD7)EA/VPPNCALE/PROGPSENP2.7(A15)P2.6(A14)P2.5(A13)789101112131415161739383736353433323130291819202122232425262728P1.4P1.3P1.2P1.1(T2EX)P1.0(T2)NCVCCP0.0(AD0)P0.1(AD1)P0.2(AD2)P0

9、.3(AD3)(WR)P3.6(RD)P3.7XTAL2XTAL1GNDNC(A8)P2.0(A9)P2.1(A10)P2.2(A11)P2.3(A12)P2.46543214443424140(a)(b )圖1-3 AT89C51封裝和引腳分配圖(a) 雙列直插式封裝；(b) 方形封裝2. AT89C51單片機引腳o P0口： 可以作為普通I/O口；當系統(tǒng)外接存儲器和擴展I/O口時，通常作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線分時復用口，低8位地址由地址鎖存信號ALE下跳沿鎖存到外部地址鎖存器中，高8位地址由P2口輸出。（1）I/O端口o P1口：通常作為普通I/O口o P2口： 可以作為普通I/O口使用；

10、當系統(tǒng)外接存儲器和擴展I/O口時，又作為擴展系統(tǒng)的高8位地址總線，與P0口一起組成16位地址總線。（1）I/O端口o P3口：為雙功能口。每一位均可獨立定義為普通I/O口或第二功能輸入/輸出。（1）I/O端口（2）電源線AT89C51單片機的電源線有以下兩種：o VCC：+5V電源線。 o VSS：接地線。o XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端和內(nèi)部時鐘工作的輸入端。采用內(nèi)部振蕩器時，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個引腳。 o XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。采用外部振蕩器時，該引腳懸空。（3）外接晶體引腳o RST：復位輸入端，高電平有效。

11、o ALE/ ：地址鎖存允許/編程線。o ：外部程序存儲器的讀選通線。 o /VPP：片外ROM允許訪問端/編程電源端。 PROGPSENEA（4）控制線知識知識4 AT89C51單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng) 從本質(zhì)上講，單片機本身就是一個最小應用系統(tǒng)。由于晶振、開關等器件無法集成到芯片內(nèi)部，這些器件又是單片機工作所必需的器件，因此，由單片機、晶振電路及由開關、電阻、電容等構成的復位電路共同構成單片機的最小應用系統(tǒng)。 o 內(nèi)部振蕩電路 兩個引腳上外接一個晶體（或陶瓷振蕩器）和電容組成的并聯(lián)諧振電路作為反饋元件時，便構成一個自激振蕩器。 此振蕩器由XTAL1端向內(nèi)部時鐘電路提供一定的頻率時鐘源信

12、號。1. 晶振電路 內(nèi)部振蕩電路參數(shù)選擇o 片內(nèi)振蕩器的頻率是由外接石英晶體的頻率決定的，其頻率值可在424MHz之間，當頻率穩(wěn)定性要求不高時，可選用陶瓷諧振器。o 片內(nèi)振蕩器對構成并聯(lián)諧振電路的外接電容C1和C2要求并不嚴格，外接晶體時，C1和C2的典型值為2030pF。外接陶瓷諧振器時，C1和C2的典型值為47pF左右。 單片機也可采用外部振蕩器向內(nèi)部時鐘電路輸入一固定頻率的時鐘源信號。此時，外部信號接至XTAL1端，而XTAL2端浮空即可，如圖1.6所示。AT89C51XTAL2XTAL1GND1NC外部振蕩器信號圖1-6 外部時鐘電路圖o 外部振蕩電路 o 上電復位 系統(tǒng)剛剛接通電源時

13、，由于電源有可能有抖動或者系統(tǒng)中可能有其他器件沒有進入穩(wěn)定工作狀態(tài)，因此單片機需要在上電時進行復位。 一般采用專用的復位芯片或簡單的RC電路來實現(xiàn)，通過對電容的充電在接通電源的同時完成系統(tǒng)的復位工作。R、C的參數(shù)可以調(diào)整復位的時間。2. 復位電路 o 上電復位電路中考慮到振蕩器有一定的起振時間，復位引腳上高電平必須持續(xù)10 ms以上才能保證有效復位。o 因此，常用參數(shù)如圖所示。o 按鍵復位 單片機在運行期間出現(xiàn)非正常狀態(tài)則可以通過人工強制干預的方法進行復位。 2. 復位電路 S鍵按下時，RST端經(jīng)電阻R1接通Vcc電源實現(xiàn)復位。S按鍵未按下，可實現(xiàn)上電復位。o 看門狗復位 單片機系統(tǒng)在工作時，

14、由于干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機或者程序“跑飛”現(xiàn)象，導致單片機系統(tǒng)無法正常工作。因此單片機需要看門狗復位，有兩種實現(xiàn)方式。 （1）部分型號單片機內(nèi)部有專門的看門狗定時器 （2）外加看門狗電路，常用芯片MAX813L2. 復位電路 知識知識5 單片機硬件仿真開發(fā)工具單片機硬件仿真開發(fā)工具Proteus PROTEUS是英國Lab Center Electronics公司推出的用于仿真單片機及其外圍器件的EDA工具軟件。PROTEUS與Keil C51配合使用，可以在不需要硬件投入的情況下，完成單片機C語言應用系統(tǒng)的仿真開發(fā)，從而縮短實際系統(tǒng)的研發(fā)周期，降低開發(fā)成本。 o 分析：單片機最

15、小系統(tǒng)電路由電源電路、復位電路、晶振電路構成，如圖1.9所示。任務實施任務實施x1x2x1x2XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0

16、/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52C130pFC230pFX112MHzBUTTON1R210kR310kC310uFD1LED-YELLOWR1200時鐘電路復位電路1. 新建設計文件 圖圖1.10 建立新的設計文件建立新的設計文件 執(zhí)行執(zhí)行FileNew Design命命令，彈出圖令，彈出圖1.10所示的對話所示的對話框，從中選擇合適的模板框，從中選擇合適的模板(通通常選擇常選擇DEFAULT)。 單擊主工具欄的保存文單擊主工具欄的保存文件按鈕，在彈出的件按鈕，在彈出的Save

17、ISIS Design File對話框中，選擇保對話框中，選擇保存目錄，輸入新文件名稱，存目錄，輸入新文件名稱，保存類型采用默認值。單擊保存類型采用默認值。單擊保存按鈕，完成新建工作。保存按鈕，完成新建工作。2. 對象的選擇與放置 本任務的最小系統(tǒng)電路原理圖中的對象按屬性可分為本任務的最小系統(tǒng)電路原理圖中的對象按屬性可分為兩大類：兩大類： 元器件元器件(Component)，終端，終端(Terminals)。對象所。對象所屬類和子類讀者可通過元件性質(zhì)查閱附錄屬類和子類讀者可通過元件性質(zhì)查閱附錄2.4得到。得到。 Proteus ISIS的元器件庫提供了大量元器件的原理圖符的元器件庫提供了大量元

18、器件的原理圖符號，在繪制原理圖之前，必須知道每個元器件的所屬類及號，在繪制原理圖之前，必須知道每個元器件的所屬類及所屬子類，然后利用所屬子類，然后利用Proteus ISIS提供的搜索功能可以方便提供的搜索功能可以方便地查找到所需元器件。地查找到所需元器件。 在在Proteus ISIS中元器件的所屬類共有中元器件的所屬類共有40多種，對象所多種，對象所屬類和子類讀者可通過元件性質(zhì)查閱附錄屬類和子類讀者可通過元件性質(zhì)查閱附錄2.4得到。得到。 從結構上看，從結構上看，Pick Devices對話對話框（圖框（圖1.11）共分）共分成成3列，左側為查列，左側為查找條件，中間為查找條件，中間為查找

19、結果，右側為原找結果，右側為原理圖、理圖、PCB圖預覽。圖預覽。圖圖1.11 選擇元器件對話框選擇元器件對話框 執(zhí)行執(zhí)行LibraryPick Device/Symbol或單擊對象選擇或單擊對象選擇窗口左上角的按鈕窗口左上角的按鈕 ，都會打開，都會打開Pick Devices對話框。對話框。1) 元器件的選擇與放置元器件的選擇與放置 在在Pick Devices對話框中，選好元器件（如對話框中，選好元器件（如AT89C51）后，其名稱就會出現(xiàn)在對象選擇窗口中，如圖后，其名稱就會出現(xiàn)在對象選擇窗口中，如圖1.12所示。所示。 在對象選擇窗口中單擊在對象選擇窗口中單擊AT89C51，其電路原理圖出

20、現(xiàn)，其電路原理圖出現(xiàn)在預覽窗口中在預覽窗口中(圖圖1.13)。此時通過。此時通過可以改變原理可以改變原理圖的方向。然后將鼠標指向編輯窗口的合適位置單擊，即圖的方向。然后將鼠標指向編輯窗口的合適位置單擊，即可把可把AT89C51的電路原理圖放置到編輯窗口中。的電路原理圖放置到編輯窗口中。圖圖1.12 選擇元器件選擇元器件 圖圖1.13 預覽窗口預覽窗口 2) 終端的選擇與放置終端的選擇與放置 終端的預覽、放置方法終端的預覽、放置方法與元器件類似。與元器件類似。Mode工具箱工具箱中其他按鈕的操作方法又與中其他按鈕的操作方法又與終端按鈕類似，在此不再贅終端按鈕類似，在此不再贅述。述。圖圖1.14

21、終端選擇窗口終端選擇窗口 單擊單擊中的終端按鈕中的終端按鈕 ，Proteus ISIS會在會在對象選擇窗口中給出所有可供選擇的終端類型，如圖對象選擇窗口中給出所有可供選擇的終端類型，如圖1.14所示。所示。3. 對象的編輯 在放置好繪制原理圖所需的所有對象后，可以編輯對在放置好繪制原理圖所需的所有對象后，可以編輯對象的圖形或文本屬性。下面以電阻元件象的圖形或文本屬性。下面以電阻元件R1為例，簡要介紹為例，簡要介紹對象的編輯步驟。對象的編輯步驟。1) 選中對象選中對象 將鼠標指向?qū)ο髮⑹髽酥赶驅(qū)ο驲1，鼠標指針由空，鼠標指針由空心箭頭變成手形后，單擊即可選中對象心箭頭變成手形后，單擊即可選中對象

22、R1。此時，對象。此時，對象R1高亮顯示，鼠標指針高亮顯示，鼠標指針為帶有十字箭頭的手形，如圖為帶有十字箭頭的手形，如圖1.15所示。所示。2) 移動、編輯、刪除對象移動、編輯、刪除對象 鼠標左鍵單擊選中對象并拖動，鼠標左鍵單擊選中對象并拖動，實現(xiàn)對象的移動；鼠標左鍵雙擊選實現(xiàn)對象的移動；鼠標左鍵雙擊選中對象，實現(xiàn)對象的編輯；鍵盤中對象，實現(xiàn)對象的編輯；鍵盤delete按鍵，實現(xiàn)選中對象的刪除；按鍵，實現(xiàn)選中對象的刪除；通過方向工具欄按鈕實現(xiàn)對象的旋通過方向工具欄按鈕實現(xiàn)對象的旋轉(zhuǎn)等。轉(zhuǎn)等。 選中對象選中對象 R1 后，右擊，彈出快后，右擊，彈出快捷菜單，如圖捷菜單，如圖1.16所示。通過該快

23、捷所示。通過該快捷菜單可以移動、編輯、刪除對象菜單可以移動、編輯、刪除對象R1。圖圖1.16 編輯對象的快捷菜單編輯對象的快捷菜單 對象編輯窗口中，可實現(xiàn)元件標識編輯（對象編輯窗口中，可實現(xiàn)元件標識編輯（R1），元件），元件值編輯（值編輯（200），元件封裝編輯等。），元件封裝編輯等。圖圖1.17 編輯對象文本屬性編輯對象文本屬性2) 移動、編輯、刪除對象移動、編輯、刪除對象4. 布線 按照連接的方式，布線可分為按照連接的方式，布線可分為 3 種：兩個對象之間的種：兩個對象之間的普通連接，使用輸入、輸出終端的無線連接，多個對象之普通連接，使用輸入、輸出終端的無線連接，多個對象之間的總線連接。間

24、的總線連接。 1) 普通連接普通連接 圖圖 兩個對象之間的普通連接兩個對象之間的普通連接(1) 在第一個對象的連接點處單擊。在第一個對象的連接點處單擊。(2) 拖動鼠標到另一個對象的連接拖動鼠標到另一個對象的連接點處單擊。點處單擊。 在拖動鼠標的過程中，在拖動鼠標的過程中， 可以在希望拐彎的地方單擊，可以在希望拐彎的地方單擊， 也可也可以右擊放棄此次畫線。以右擊放棄此次畫線。2) 無線連接無線連接(1) 在第一個連接點處連接一個輸入終端。在第一個連接點處連接一個輸入終端。(2) 在另一個連接點處連接一個輸出終端。在另一個連接點處連接一個輸出終端。(3) 利用對象的編輯方法對上面兩個終端進行標識，兩個終端的利用對象的編輯方法對上面兩個終端進行標