任務(wù)１認(rèn)識單片機(jī)芯片任務(wù)２認(rèn)識單片機(jī)最小系統(tǒng)及基本外部電路

知識點◎單片機(jī)的發(fā)展歷程與類型；◎AT89S51端口引腳功能。技能點◎能區(qū)分單片機(jī)各端口引腳；◎能認(rèn)識并根據(jù)需要選擇單片機(jī)的封裝結(jié)構(gòu)。任務(wù)１認(rèn)識單片機(jī)芯片由于單片機(jī)性能不斷提高、運(yùn)算速度更快、控制功能更強(qiáng)、功耗和成本越來越低，使得單片機(jī)也越來越廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)集硬件技術(shù)與軟件技術(shù)為一體，學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)，既要熟悉硬件電子技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計，更要學(xué)習(xí)軟件的開發(fā)設(shè)計。在學(xué)會使用單片機(jī)之前，首先從硬件結(jié)構(gòu)和功能上來認(rèn)識單片機(jī)，從而為后面的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。任務(wù)提出從第一代單片機(jī)開始發(fā)展至今,單片機(jī)有多個系列上千種類型,由于單片機(jī)類型和種類比較多,必須從中選擇一種在功能、應(yīng)用、學(xué)習(xí)研究、成本上都較適合的單片機(jī)。任務(wù)分析一、8051系列單片機(jī)簡介在各種類型的單片機(jī)中，最具代表性的應(yīng)是Intel公司的8051系列單片機(jī)。把各個國家和地區(qū)各公司生產(chǎn)的與8051兼容的單片機(jī)統(tǒng)稱為MCS-51系列單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)擁有量大，功能也在不斷完善，價格低廉，是單片機(jī)初學(xué)者的首選機(jī)型。因此，本教材以MCS-51系列單片機(jī)為例，介紹單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用。Intel公司和教材選用的Atmel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機(jī)見。相關(guān)知識幾個公司生產(chǎn)的MCS51系列單片機(jī)二、AT89S51單片機(jī)的引腳功能AT89S51是由一個高性能CMOS電路組成的8位單片機(jī)，芯片內(nèi)集成了8位通用中央處理器，片內(nèi)含4KB的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器(ROM),支持ISP(InSystemProgrammable)功能，還有128Bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），5個中斷優(yōu)先級和2層中斷嵌套，2個16位可編程定時計數(shù)器，1個全雙工串行通信口，以及看門狗（WDT）電路和片內(nèi)時鐘振蕩器，具有兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8051引腳結(jié)構(gòu)等特點。AT89S51引腳圖以PDIP封裝為例，AT89S51單片機(jī)引腳排列如圖所示。1．AT89S51單片機(jī)的4個端口AT89S51共有4個端口，分別命名為P0、P1、P2和P3，每個端口都有8條引腳。（1）PORT0（P0.0～P0.7）。（2）PORT1（P1.0～P1.7）。（3）PORT2（P2.0～P2.7）。（4）PORT3（P3.0～P3.7）。P3口線引腳的第二功能２．其他控制引腳（1）

（29腳）。外部程序存儲器的讀選通信號輸出端。低電平有效。（2）

（30腳）。地址鎖存允許/編程脈沖輸入端。（3）

（31腳）。內(nèi)部和外部存儲器選擇控制/存儲器編程電源端。（4）RST（9腳）。復(fù)位輸入端。（5）XTAL2（18腳）、XTAL1（19腳）。使用內(nèi)部振蕩器時，用來外接石英晶體和電容。（6）VCC（40腳）。電源正極。（7）GND（20腳）。接地端。三、AT89S51單片機(jī)內(nèi)部組成AT89S51單片機(jī)內(nèi)部各部分組成框圖如圖所示。AT89S51單片機(jī)內(nèi)部組成框圖1．中央處理器（CPU）在AT89S51單片機(jī)中，中央處理器是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。2．內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部RAM）8051系列單片機(jī)的內(nèi)存與其他的微機(jī)內(nèi)部存儲器分配不同，8051系列單片機(jī)的內(nèi)存儲器在物理上設(shè)計成程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器兩個獨(dú)立的存儲空間。3．內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部ROM）AT89S51內(nèi)部有4KB可編程的Flash程序存儲器，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此稱為程序存儲器，簡稱內(nèi)部ROM。4．定時器/計數(shù)器AT89S51共有2個16位的定時器/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)結(jié)果對計算機(jī)進(jìn)行控制。5．并行I/O口AT89S51共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。6．串行口AT89S51單片機(jī)有一個全雙工的串行口，以實現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。7．中斷控制系統(tǒng)AT89S51單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，可以滿足控制應(yīng)用的需要。8．時鐘電路AT89S51芯片的內(nèi)部有時鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。四、AT89S51單片機(jī)內(nèi)部特殊寄存器AT89S51具有21個與RAM統(tǒng)一編址的特殊功能寄存器（SFR），它們被離散地分布在內(nèi)部RAM的80H～FFH地址單元中（不包括PC），共占據(jù)了128個存儲單元，構(gòu)成了SFR存儲塊。其中字節(jié)地址能被8整除的（即十六進(jìn)制的地址碼尾數(shù)是0和8的）單元是具有位尋址功能的寄存器。在SFR地址空間中，有效的地址共有83個。寄存器的功能如下：（1）累加器ACC。8位。（2）寄存器B。8位。（3）程序狀態(tài)寄存器PSW（ProgramStatusWord）。8位。（4）堆棧指針SP（StackPointer）。8位。（5）串行接口數(shù)據(jù)緩沖器SBUF。8位。（6）串行接口控制寄存器SCON。（7）串行通信波特率倍增寄存器PCON。（8）數(shù)據(jù)指針DPTR（DataPointer）。（9）I/O口專用寄存器（P0、P1、P2、P3）。（10）定時器/計數(shù)器（TL0、TH0、TL1和TH1）。（11）其他控制寄存器。一、認(rèn)識MCS-51系列單片機(jī)芯片及封裝觀察單片機(jī)實物。單片機(jī)在封裝上有DIP封裝、QFP、LCC封裝和SOP等外形封裝。MCS-51系列單片機(jī)DIP、LCC和QFP封裝引腳如圖所示。任務(wù)實施MCS-51的封裝外形圖二、其他系列單片機(jī)芯片舉例其他類型的單片機(jī)外形封裝示例如圖所示。單片機(jī)外形封裝舉例任務(wù)2

認(rèn)識單片機(jī)最小系統(tǒng)及基本外部電路知識點◎AT89S51最小系統(tǒng)的組成；◎基本實驗外部電路。技能點◎能用MCS-51單片機(jī)組成最小系統(tǒng)；◎能正確組裝單片機(jī)實驗電路；◎能用連接線連接AT89S51與外部電路的插接口，構(gòu)成應(yīng)用電路。單片機(jī)就是在一塊硅片上集成了中央處理器，存儲器和輸入、輸出接口等電路的集成電路。如何讓單片機(jī)工作起來，單片機(jī)外部應(yīng)用電路應(yīng)如何連接，這是首先需要了解的問題。本任務(wù)在介紹單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，介紹與完成基本實驗相關(guān)的一些外部電路。任務(wù)提出要讓單片機(jī)工作，首先要為電路提供合適的直流電源，并讓單片機(jī)的系統(tǒng)振蕩電路起振。系統(tǒng)振蕩電路是單片機(jī)工作的心臟，外接簡單的控制電路，這就構(gòu)成了單片機(jī)的最小系統(tǒng)。為了讓單片機(jī)完成一定的工作任務(wù)，在單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，外接相關(guān)的工作電路，圖單片機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖并為單片機(jī)編寫相應(yīng)的控制程序，就能使單片機(jī)工作并完成相應(yīng)的任務(wù)。單片機(jī)的端口與外部電路之間實現(xiàn)連接，實現(xiàn)信號的輸入輸出控制，其電路結(jié)構(gòu)如圖所示。任務(wù)分析單片機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一、MCS-51單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是能讓單片機(jī)工作起來的一個最簡單的工作系統(tǒng)，它由單片機(jī)（AT89S51）、外接晶體振蕩電路和復(fù)位電路組成。單片機(jī)最小系統(tǒng)的組成電路如圖所示。電路中還包括了程序下載接入電路，用于將編寫程序?qū)懭氲絾纹瑱C(jī)的程序存儲器。相關(guān)知識單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖1．振蕩電路——讓單片機(jī)活起來的心臟AT89S51內(nèi)部具有振蕩電路，只需在18腳和19腳之間接上石英晶體，給單片機(jī)加上工作所需直流電源，振蕩器就開始振蕩，單片機(jī)也開始工作起來。2．復(fù)位電路——恢復(fù)初始狀態(tài)值復(fù)位電路就是在RST端（9腳）外接的一個電路，目的是當(dāng)單片機(jī)上電開始工作時，內(nèi)部電路從初始狀態(tài)開始工作，或者在工作中要想人為地讓單片機(jī)重新從初始狀態(tài)開始工作。3．程序下載接入電路上圖中有一個下載線接口J13，J13的1腳接5V電源，2、3、4腳接單片機(jī)的P1口的P15、P16、P17三個引腳，5腳接復(fù)位引腳，6腳接地。在計算機(jī)中編寫好的程序通過數(shù)據(jù)下載線連接到單片機(jī)實驗電路插接口（J13），實現(xiàn)從計算機(jī)中將程序下載到單片機(jī)的程序存儲器中，完成單片機(jī)的程序?qū)懭牍ぷ?。二、基本外部擴(kuò)展應(yīng)用電路1．實現(xiàn)顯示效果的發(fā)光二極管顯示電路外接八路發(fā)光二極管顯示電路如圖所示，8只發(fā)光二極管經(jīng)排阻R12與電源VCC相接，通過插接口J19用連接線連接到單片機(jī)的相關(guān)端口。外接八路發(fā)光二極管顯示電路2．實現(xiàn)輸入控制的鍵盤電路為便于開發(fā)和應(yīng)用，實驗電路設(shè)計了一組4×4的矩陣鍵盤電路，通過插接口J4用連接線連接到單片機(jī)的相關(guān)端口，電路如圖所示。4×4的矩陣鍵盤電路3．顯示數(shù)據(jù)的數(shù)碼管顯示電路圖所示是一種常見的數(shù)碼管動態(tài)顯示電路。其中，8只數(shù)碼管可以單只驅(qū)動，也可動態(tài)驅(qū)動顯示8位數(shù)據(jù)，通過插接口J6接數(shù)碼管七段顯示段碼輸入端，通過插接口J10接每位數(shù)碼管的驅(qū)動信號。動態(tài)顯示電路4．電源電路通過J15電源插座接入6～9V的直流電壓，經(jīng)7805穩(wěn)壓后給整個電路提供5V直流電壓。R11和VD10為電源指示電路，通電后VD10亮。電源電路一、認(rèn)識單片機(jī)實驗電路板單片機(jī)實驗電路板如圖所示，它由單片機(jī)的最小系統(tǒng)和基本外部擴(kuò)展電路組成，能夠完成LED顯示、七段數(shù)碼顯示、矩陣鍵盤輸入、外部中斷、串口中斷等相關(guān)實驗演示。任務(wù)實施單片機(jī)實驗電路板及主要元件在電路板上的位置若具有制作印制電路板的條件，也可自己制作印制電路板，一般自制單面印制電路板較為容易。圖即為一款自制單面印制電路板的示例。自制單面印制電路板示例二、單片機(jī)實驗電路板的安裝和制作1．準(zhǔn)備工具、材料和元件工具和材料2．檢查核對元件根據(jù)原理電路列出元件表，核對元件數(shù)量，從外觀上檢查元件有無損壞。3．安裝電路板元件安裝的