項(xiàng)目1任務(wù)1搭建單片機(jī)最小系統(tǒng)

項(xiàng)目1

單片機(jī)最小系統(tǒng)任務(wù)1搭建單片機(jī)最小系統(tǒng)組裝一個(gè)單片機(jī)的最小系統(tǒng)，外接1個(gè)發(fā)光二極管，要求系統(tǒng)上電后，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。任務(wù)內(nèi)容知識(shí)要求

了解什么是單片機(jī)、51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與引腳；掌握最小系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)；學(xué)會(huì)Proteus仿真軟件的使用，并學(xué)會(huì)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。知識(shí)點(diǎn)1

單片機(jī)概述

電子計(jì)算機(jī)高速發(fā)展到今天，通?？煞譃榫扌蜋C(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型機(jī)五類。它們?cè)谙到y(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本工作原理方面并無(wú)本質(zhì)的區(qū)別，只是在體積、性能和應(yīng)用領(lǐng)域方面有所不同。

微處理器MP(MicroProcessor)

微型計(jì)算機(jī)MC(MicroComputer)

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)MCS

(MicroComputerSystem)

單片微型計(jì)算機(jī)

(SingleChipMicrocomputer)1.基本概念

第一代(1974～1976年)：?jiǎn)纹瑱C(jī)發(fā)展的起步階段。第二代(1976～1978年)：這一階段生產(chǎn)的單片機(jī)已是單塊芯片，但其性能低、品種少、尋址范圍有限、應(yīng)用范圍也不廣。第三代(1979～1982年)：8位單片機(jī)的成熟階段。

第四代(1983年以后)：8位單片機(jī)向更高性能發(fā)展，同時(shí)出現(xiàn)了工藝先進(jìn)、集成度高、內(nèi)部功能更強(qiáng)和運(yùn)算速度更快的16位單片機(jī)，它允許用戶采用面向工業(yè)控制的專用語(yǔ)言，如C語(yǔ)言等。

2.單片機(jī)的發(fā)展

ATMEL89系列（以下簡(jiǎn)稱AT89）單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的8位高性能單片機(jī)，其主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)是內(nèi)部含有可編程Flash存儲(chǔ)器，用戶可以很方便地進(jìn)行程序的擦寫(xiě)操作，在嵌入式控制領(lǐng)域中被廣泛的應(yīng)用。3.ATMEL89系列單片機(jī)簡(jiǎn)介

表1-1AT89系列單片機(jī)概況MCS-51系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品，是一種增強(qiáng)功能的單片機(jī)指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)完全兼容方便地進(jìn)行程序的擦寫(xiě)操作，無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器STC單片機(jī)還開(kāi)發(fā)出不同型號(hào)的新型單片機(jī)，如STC12系列、STC15系列單片機(jī)，集成不同功能模塊，用戶可方便選擇4.STC系列單片機(jī)簡(jiǎn)介

知識(shí)點(diǎn)2

計(jì)算機(jī)中的數(shù)

微型計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制有三種：1.常用數(shù)制

十進(jìn)制數(shù)：用一串連續(xù)的數(shù)字表示。如12，-1，0等。八進(jìn)制數(shù)：用數(shù)字0開(kāi)頭。如010，-056，011等。十六進(jìn)制數(shù)：用數(shù)字0和字母x或X開(kāi)頭。如0x5a，-0x9c等。（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(chǔ)單位，用B表示。（2）字(word)和字長(zhǎng)字，數(shù)據(jù)處理的基本單位。字長(zhǎng)，一個(gè)字所包含的二進(jìn)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(biāo)之一。2.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示

（3）機(jī)器數(shù)與真值在計(jì)算機(jī)中，把放在寄存器、存儲(chǔ)器、或數(shù)據(jù)端口中的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所對(duì)應(yīng)的值稱為真值。機(jī)器數(shù)的真值到底是多少，取決于機(jī)器數(shù)所對(duì)應(yīng)的是無(wú)符號(hào)數(shù)還是有符號(hào)數(shù)以及所對(duì)應(yīng)的是什么碼制表示的數(shù)。2.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示

無(wú)符號(hào)數(shù)：不帶正、負(fù)號(hào)的數(shù)（signed）00000000B～11111111B，即0～255共256個(gè)數(shù)帶符號(hào)數(shù)：數(shù)的前面增設(shè)一位符號(hào)位，并規(guī)定正號(hào)用“0”表示，負(fù)號(hào)用“1”表示（unsigned）2.計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示

知識(shí)351單片機(jī)結(jié)構(gòu)與引腳

1.AT89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)

AT89系列單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上基本相同，只是在個(gè)別模塊和功能上有些區(qū)別。圖1.2是AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。它包含了作為微型計(jì)算機(jī)所必需的基本功能部件，各功能部件通過(guò)片內(nèi)單一總線連成一個(gè)整體，集成在一塊芯片上。圖1-2

AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖1-3AT89C51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(jī)引腳P0口：

可以作為普通I/O口；當(dāng)系統(tǒng)外接存儲(chǔ)器和擴(kuò)展I/O口時(shí)，通常作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，低8位地址由地址鎖存信號(hào)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P1口：通常作為普通I/O口P2口：

可以作為普通I/O口使用；當(dāng)系統(tǒng)外接存儲(chǔ)器和擴(kuò)展I/O口時(shí)，又作為擴(kuò)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P3口：為雙功能口。每一位均可獨(dú)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(jī)的電源線有以下兩種：VCC：+5V電源線。VSS：接地線。XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘工作的輸入端。采用內(nèi)部振蕩器時(shí)，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個(gè)引腳。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(shí)，該引腳懸空。（3）外接晶體引腳RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。ALE/：地址鎖存允許/編程線。：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通線。/VPP：片外ROM允許訪問(wèn)端/編程電源端。（4）控制線知識(shí)4AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)

從本質(zhì)上講，單片機(jī)本身就是一個(gè)最小應(yīng)用系統(tǒng)。由于晶振、開(kāi)關(guān)等器件無(wú)法集成到芯片內(nèi)部，這些器件又是單片機(jī)工作所必需的器件，因此，由單片機(jī)、晶振電路及由開(kāi)關(guān)、電阻、電容等構(gòu)成的復(fù)位電路共同構(gòu)成單片機(jī)的最小應(yīng)用系統(tǒng)。。內(nèi)部振蕩電路

兩個(gè)引腳上外接一個(gè)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(shí)，便構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。

此振蕩器由XTAL1端向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供一定的頻率時(shí)鐘源信號(hào)。1.晶振電路

內(nèi)部振蕩電路參數(shù)選擇片內(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4～24MHz之間，當(dāng)頻率穩(wěn)定性要求不高時(shí)，可選用陶瓷諧振器。片內(nèi)振蕩器對(duì)構(gòu)成并聯(lián)諧振電路的外接電容C1和C2要求并不嚴(yán)格，外接晶體時(shí)，C1和C2的典型值為20～30pF。外接陶瓷諧振器時(shí)，C1和C2的典型值為47pF左右。單片機(jī)也可采用外部振蕩器向內(nèi)部時(shí)鐘電路輸入一固定頻率的時(shí)鐘源信號(hào)。此時(shí)，外部信號(hào)接至XTAL1端，而XTAL2端浮空即可，如圖1.6所示。圖1-6

外部時(shí)鐘電路圖外部振蕩電路

上電復(fù)位

系統(tǒng)剛剛接通電源時(shí)，由于電源有可能有抖動(dòng)或者系統(tǒng)中可能有其他器件沒(méi)有進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，因此單片機(jī)需要在上電時(shí)進(jìn)行復(fù)位。

一般采用專用的復(fù)位芯片或簡(jiǎn)單的RC電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)電容的充電在接通電源的同時(shí)完成系統(tǒng)的復(fù)位工作。R、C的參數(shù)可以調(diào)整復(fù)位的時(shí)間。2.復(fù)位電路

上電復(fù)位電路中考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，復(fù)位引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證有效復(fù)位。因此，常用參數(shù)如圖所示。按鍵復(fù)位

單片機(jī)在運(yùn)行期間出現(xiàn)非正常狀態(tài)則可以通過(guò)人工強(qiáng)制干預(yù)的方法進(jìn)行復(fù)位。

2.復(fù)位電路

S鍵按下時(shí)，RST端經(jīng)電阻R1接通Vcc電源實(shí)現(xiàn)復(fù)位。S按鍵未按下，可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位?？撮T(mén)狗復(fù)位

單片機(jī)系統(tǒng)在工作時(shí)，由于干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機(jī)或者程序“跑飛”現(xiàn)象，導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因此單片機(jī)需要看門(mén)狗復(fù)位，有兩種實(shí)現(xiàn)方式。（1）部分型號(hào)單片機(jī)內(nèi)部有專門(mén)的看門(mén)狗定時(shí)器（2）外加看門(mén)狗電路，常用芯片MAX813L2.復(fù)位電路

知識(shí)5

單片機(jī)硬件仿真開(kāi)發(fā)工具Proteus

PROTEUS是英國(guó)LabCenterElectronics公司推出的用于仿真單片機(jī)及其外圍器件的EDA工具軟件。PROTEUS與KeilC51配合使用，可以在不需要硬件投入的情況下，完成單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用系統(tǒng)的仿真開(kāi)發(fā)，從而縮短實(shí)際系統(tǒng)的研發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。分析：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)電路由電源電路、復(fù)位電路、晶振電路構(gòu)成，如圖1.9所示。任務(wù)實(shí)施1.新建設(shè)計(jì)文件

圖1.10建立新的設(shè)計(jì)文件

執(zhí)行File→NewDesign…命令，彈出圖1.10所示的對(duì)話框，從中選擇合適的模板(通常選擇DEFAULT)。

單擊主工具欄的保存文件按鈕，在彈出的SaveISISDesignFile對(duì)話框中，選擇保存目錄，輸入新文件名稱，保存類型采用默認(rèn)值。單擊保存按鈕，完成新建工作。2.對(duì)象的選擇與放置本任務(wù)的最小系統(tǒng)電路原理圖中的對(duì)象按屬性可分為兩大類：元器件(Component)，終端(Terminals)。對(duì)象所屬類和子類讀者可通過(guò)元件性質(zhì)查閱附錄2.4得到。

ProteusISIS的元器件庫(kù)提供了大量元器件的原理圖符號(hào)，在繪制原理圖之前，必須知道每個(gè)元器件的所屬類及所屬子類，然后利用ProteusISIS提供的搜索功能可以方便地查找到所需元器件。在ProteusISIS中元器件的所屬類共有40多種，對(duì)象所屬類和子類讀者可通過(guò)元件性質(zhì)查閱附錄2.4得到。從結(jié)構(gòu)上看，PickDevices對(duì)話框（圖1.11）共分成3列，左側(cè)為查找條件，中間為查找結(jié)果，右側(cè)為原理圖、PCB圖預(yù)覽。圖1.11

選擇元器件對(duì)話框執(zhí)行Library→PickDevice/Symbol…或單擊對(duì)象選擇窗口左上角的按鈕，都會(huì)打開(kāi)PickDevices對(duì)話框。1)元器件的選擇與放置在PickDevices對(duì)話框中，選好元器件（如AT89C51）后，其名稱就會(huì)出現(xiàn)在對(duì)象選擇窗口中，如圖1.12所示。在對(duì)象選擇窗口中單擊AT89C51，其電路原理圖出現(xiàn)在預(yù)覽窗口中(圖1.13)。此時(shí)通過(guò)方向工具欄可以改變?cè)韴D的方向。然后將鼠標(biāo)指向編輯窗口的合適位置單擊，即可把AT89C51的電路原理圖放置到編輯窗口中。圖1.12

選擇元器件圖1.13

預(yù)覽窗口

2)終端的選擇與放置終端的預(yù)覽、放置方法與元器件類似。Mode工具箱中其他按鈕的操作方法又與終端按鈕類似，在此不再贅述。圖1.14

終端選擇窗口

單擊Mode工具箱中的終端按鈕，ProteusISIS會(huì)在對(duì)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。3.對(duì)象的編輯

在放置好繪制原理圖所需的所有對(duì)象后，可以編輯對(duì)象的圖形或文本屬性。下面以電阻元件R1為例，簡(jiǎn)要介紹對(duì)象的編輯步驟。1)選中對(duì)象

將鼠標(biāo)指向?qū)ο驲1，鼠標(biāo)指針由空心箭頭變成手形后，單擊即可選中對(duì)象R1。此時(shí)，對(duì)象R1高亮顯示，鼠標(biāo)指針為帶有十字箭頭的手形，如圖1.15所示。2)移動(dòng)、編輯、刪除對(duì)象

鼠標(biāo)左鍵單擊選中對(duì)象并拖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)象的移動(dòng)；鼠標(biāo)左鍵雙擊選中對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)象的編輯；鍵盤(pán)delete按鍵，實(shí)現(xiàn)選中對(duì)象的刪除；通過(guò)方向工具欄按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)等。選中對(duì)象R1后，右擊，彈出快捷菜單，如圖1.16所示。通過(guò)該快捷菜單可以移動(dòng)、編輯、刪除對(duì)象R1。圖1.16

編輯對(duì)象的快捷菜單

對(duì)象編輯窗口中，可實(shí)現(xiàn)元件標(biāo)識(shí)編輯（R1），元件值編輯（200Ω），元件封裝編輯等。圖1.17

編輯對(duì)象文本屬性2)移動(dòng)、編輯、刪除對(duì)象4.布線按照連接的方式，布線可分為3種：兩個(gè)對(duì)象之間的普通連接，使用輸入、輸出終端的無(wú)線連接，多個(gè)對(duì)象之間的總線連接。1)普通連接圖

兩個(gè)對(duì)象之間的普通連接(1)在第一個(gè)對(duì)象的連接點(diǎn)處單擊。(2)拖動(dòng)鼠標(biāo)到另一個(gè)對(duì)象的連接點(diǎn)處單擊。在拖動(dòng)鼠標(biāo)的過(guò)程中，可以在希望拐彎的地方單擊，也可以右擊放棄此次畫(huà)線。2)無(wú)線連接(1)在第一個(gè)連接點(diǎn)處連接一個(gè)輸入終端。(2)在另一個(gè)連接點(diǎn)處連接一個(gè)輸出終端。(3)利用對(duì)象的編輯方法對(duì)上面兩個(gè)終端進(jìn)行標(biāo)識(shí)，兩個(gè)終端的標(biāo)識(shí)(Label)必須一致。5.添加或編輯文字描述

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