【ch01】單片機最小系統(tǒng)及其搭建

第1章單片機最小系統(tǒng)及其搭建1.簡述單片機最小系統(tǒng)是什么。單片機最小系統(tǒng)也稱最小應用系統(tǒng)，是指由最少的元件組成的可工作的單片機系統(tǒng)。AT89S52單片機最小系統(tǒng)主要由下載電路、電源電路、復位電路、時鐘電路等部分組成。AT89S52單片機最小系統(tǒng)的電路原理圖如圖1.1所示。2.簡述時鐘電路的搭建過程。單片機指令的執(zhí)行需要用到時鐘信號，晶振(晶體振蕩器)就是用來為單片機提供基本時鐘信號的。時鐘頻率越高，單片機的運行速度就越快。每個單片機都有它能夠接受的最高時鐘頻率。當一個單片機系統(tǒng)中有多個芯片需要時鐘信號時，它們通常共用一個晶振，便于各部分保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。這里用12MHz的晶振作為振蕩源，由于AT89S52單片機內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只需要連接一個晶振和兩個電容即可，電容容量一般為15~50pF,時鐘電路原理圖如圖1.2所示。具體搭建過程如下所述。在單片機的18(X2)、19(X1)引腳上接一個12MHz的晶振，晶振的兩個引腳分別接一個22pF的瓷片電容，再全部接地。單片機右上角的40引腳接電源正極，左下角的20引腳接電源負極，面包板上搭建的時鐘電路如圖1.3所示。當單片機的31引腳(EA端)接10kQ上拉電阻時，表示單片機執(zhí)行的是內(nèi)部存儲器程序。3.簡述復位電路的搭建過程。復位電路的作用是讓單片機的程序重新執(zhí)行。在上電、斷電或者發(fā)生故障后都需要復位。復位電平需要持續(xù)兩個機器周期以上才有效，具體數(shù)值可以由復位的RC電路計算出時間常數(shù)后確定。AT89S52單片機使用的晶振振蕩頻率為12MHz，每個機器周期為1μs，因此需要持續(xù)2μs以上的高電平才能觸發(fā)復位。復位電路由上電復位電路和按鍵復位電路兩部分組成。(1)上電復位電路AT89系列單片機都是高電平復位的，通常在復位引腳RESET.上連接-一個電容到Vcc,再連接一個電阻接地，由此形成-一個RC充放電回路，保證單片機在上電時RESET引腳上有足夠長的高電平時間，使得單片機能夠正常復位。然后RESET引腳回歸低電平，單片機進入正常工作狀態(tài)，利用電容的充電來實現(xiàn)復位，電阻和電容的典型值為10kQ和10pF。復位電路原理圖如圖1.4所示(注意:R10是必不可少的，有了R10才能組成RC電路)。(2)按鍵復位電路按鍵復位就是在復位電容上并聯(lián)一個開關，當開關被按下時，電容放電，RESET引腳被拉到高電平。電容充電時會保持一段時間的高電平，從而使單片機復位。搭建方法:在單片機的復位引腳RESET(9引腳)上外接一個10kQ電阻，電阻的另一端接地;將一個10pF的電容接到單片機的RESET引腳上，電容的另一端接Vcc，復位按鍵也接到RESET引腳上，另-端接Vcc。要特別注意按鍵的導通性，即電容與按鍵并聯(lián)，再與電阻串聯(lián)的一端接地，并聯(lián)電路的另一端接Vcc,三者都接到單片機的RESET引腳上，即可實現(xiàn)上電復位。面包板上復位電路的搭建如圖1.5所示。4.簡述單片機的內(nèi)部結構。一個基本的MCS-51子系列單片機通常包括中央處理器(CPU)、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、特殊功能寄存器、定時/計數(shù)器、串行口、4個IO端口和中斷系統(tǒng)，各部分由內(nèi)部總線連接起來，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。本書主要以應用最為廣泛的Atmel公司的89系列單片機AT89S52為研究對象進行研究和使用，其內(nèi)部基本組成框圖如圖1.14所示。①中央處理器(CPU)。CPU主要由運算器和控制器組成，是單片機的控制核心。其中，運算器包括8位算術邏輯單元(ALU)、8位累加器(ACC)、8位暫存器、寄存器B和程序狀態(tài)寄存器(PSW)等，用于完成運算功能。控制器包括程序計數(shù)器(PC)、指令寄存器(IR)、指令譯碼器(ID)和控制電路等，用于完成控制功能。②時鐘電路(振蕩器和時序OSC)。單片機內(nèi)部有時鐘電路，要實現(xiàn)振蕩器和時序功能需外接石英晶體和微調電容，產(chǎn)生時鐘脈沖序列，通常振蕩頻率選擇6MHz、12MHz或11.0592MHz。③數(shù)據(jù)存儲器(RAM)。數(shù)據(jù)存儲器(RAM)共256個存儲單元，通常使用低128個單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)，高128個單元被專用寄存器占用。④程序存儲器(ROM)。程序存儲器指BPROM或8KB掩膜ROM,用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格，只能讀，不能寫，掉電后數(shù)據(jù)不會丟失。下載的程序存儲在ROM中。?2x16位定時/計數(shù)器。定時/計數(shù)器包含兩個16位的定時/計數(shù)器，可實現(xiàn)定時或計數(shù)功能。⑥中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)包含8個中斷源、1個6向量兩級中斷結構。⑦并行VO端口。并行IO端口有4個8位雙向IO端口(PO、P1、P2、P3)，每條T/O線能獨立地用于輸入或輸出。P0端口為三態(tài)雙向端口，能帶8個LSTTL電路。P1、P2、P3端口為準雙向端口(在用于輸入線時,端口鎖存器必須先寫入“1”，故稱準雙向端口)，負載能力為4個LSTTL電路。⑧可編程全雙工串口。全雙工串口可實現(xiàn)單片機與其他設備之間的串行數(shù)據(jù)通信。5.簡述AT89S52單片機的引腳功能。(1)電源①Vcc:芯片電源端，一般為+5V。②Vss:接地端。(2)I/O端口①P0端口:一個8位漏極開路的雙向I/O端口。作為輸出端口，每位能驅動8個TL邏輯電平，1表示高電平。P0端口在不具有內(nèi)部上拉電阻時，被作為低8位地址數(shù)據(jù)復用。在程序校驗時，需要外部上拉電阻。在Flash編程時，P0端口用來接收指令字節(jié);在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。②P1端口:一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向1/O端口，輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。P1端口各引腳的功能如下。P10-T2:定時/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入，時鐘輸出。P11-T2EX:定時/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制。P15-MOSI:在系統(tǒng)編程時用。P16-MISO:在系統(tǒng)編程時用。P17-SCK:在系統(tǒng)編程時用。③P2端口:一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，在對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口的電位拉高，此時可以作為輸入端口使用。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2端口輸出高8位地址。④P3端口:一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向IO端口,P3輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。P3端口也作為AT89S52特殊功能(第二功能)使用。在Flash編程和校驗時，P3端口也接收一些控制信號。P3端口各引腳的功能如下。P30一RXD:串行數(shù)據(jù)輸入端口。.P31一TXD:串行數(shù)據(jù)輸出端口。P32一INT0:外中斷0申請。P33一INT1:外中斷1申請。P34一T0:定時/計數(shù)器0的外部輸入。P35一T1:定時/計數(shù)器1的外部輸入。P36一WR:外部數(shù)據(jù)存儲器RAM或外部I/O端口寫選通。P37一RD:外部數(shù)據(jù)存儲器RAM或外部LO端口讀選通。此外，P3端口還接收一些用于Flash閃存編程和程序校驗的控制信號。(3)控制線①ALE/PROG:地址鎖存允許信號。當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。在一般情況下，由于ALE以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此可以作為對外輸出時鐘或用于定時。.②PSEN:程序存儲允許，即外部程序存儲器的讀選通信號。當AT89S52由外部程序存儲器取指令時，每個機器周期輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過兩次PSEN信號。注意:信號字母上標有橫線的表示低電平有效。③RESET:復位輸入。在振蕩工作時，當RESET引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平