3.1--單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng)ppt課件.ppt

單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 掌握最小系統(tǒng)的組成掌握最小系統(tǒng)的應(yīng)用 1 一單片機(jī)最小系統(tǒng)的概述 所謂單片機(jī)最小系統(tǒng) 是指用最少的元件能使單片機(jī)工作起來的一個(gè)最基本的組成電路 那么拿到一塊單片機(jī)芯片 想要使用它 怎么辦呢 首先要知道怎樣連線 對(duì)51系列單片機(jī)來說 最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括 CPU 8位三態(tài)D鎖存器 ROM和RAM這三樣 還要加上晶振電路 復(fù)位電路等 同時(shí) 單片機(jī)要正常運(yùn)行 還必須具備電源正常 時(shí)鐘正常 復(fù)位正常三個(gè)基本條件 2 圖3 1 a 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào) 而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各地信號(hào)之間的相互關(guān)系 單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路 為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn) 電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作 1 時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生在MCS 51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益相反相放大器 其輸入端為芯片引腳XTAL1 其輸出端為引腳XTAL2 而在芯片的外部 XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容 從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器 這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路 如圖1 3 2所示 知識(shí)鏈接 1 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 4 時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后 才成為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào) 請(qǐng)讀者特別注意時(shí)鐘脈沖與振蕩脈沖之間的二分頻關(guān)系 否則會(huì)造成概念上的錯(cuò)誤 一般電容C1和C2取30pF左右 晶體的振蕩頻率范圍是1 2MHZ 12MHZ 晶體振蕩頻率高 則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高 單片機(jī)運(yùn)行速度也就快 MCS 51在通常應(yīng)用情況下 使用振蕩頻率為的6MHZ或12MHZ 1 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 知識(shí)鏈接 5 2 引入外部脈沖信號(hào)在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中 為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步 應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的振蕩脈沖 這時(shí)外部的脈沖信號(hào)是經(jīng)XTAL2引腳注入 其連接如圖1 3 3所示 知識(shí)鏈接 1 單片機(jī)的時(shí)鐘電路 6 單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài) 并從這個(gè)狀態(tài)開始工作 無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí) 還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位 所以 必須弄清楚MCS 51型單片機(jī)復(fù)位的條件 復(fù)位電路和復(fù)位后狀態(tài) 單片機(jī)復(fù)位的條件是 必須使RST VPD或RST引腳 9 加上持續(xù)二個(gè)機(jī)器周期 即24個(gè)振蕩周期 的高電平 例如 若時(shí)鐘頻率為12MHZ 每機(jī)器周期為1us 則只需2us以上時(shí)間的高電平 在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行復(fù)位 單片機(jī)常見的復(fù)位電路如圖1 3 4 a b 所示 7 圖1 3 4 a 為上電復(fù)位電路 它是利用電容充電來實(shí)現(xiàn)的 在接電瞬間 RST端的電位與VCC相同 隨著充電電流的減少 RST的電位逐漸下降 只要保證RST為高電平的時(shí)間大于2個(gè)機(jī)器周期 便能正常復(fù)位 圖1 3 4 b 為按鍵復(fù)位電路 該電路除具有上電復(fù)位功能外 若要復(fù)位 只需按圖1 3 4 b 中的RESET鍵 此時(shí)電源VCC經(jīng)電阻R1 R2分壓 在RST端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位高電平 8 單片機(jī)復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE和信號(hào) 即ALE 1和 1 這表明單片機(jī)復(fù)位期間不會(huì)有任何取指操作 復(fù)位后 內(nèi)部各專用寄存器狀態(tài)如下 9 其中x表示無關(guān)位 請(qǐng)注意 1 復(fù)位后PC值為0000H 表明復(fù)位后程序從0000H開始執(zhí)行 這一點(diǎn)在實(shí)訓(xùn)中已介紹 2 SP值為07H 表明堆棧底部在07H 一般需重新設(shè)置SP值 3 P0 P3口值為FFH P0 P3口用作輸入口時(shí) 必須先寫入 1 單片機(jī)在復(fù)位后 已使P0 P3口每一端線為 1 為這些端線用作輸入口做好了準(zhǔn)備 10 任務(wù)4單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 由此可見 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員必須從硬件和軟件兩個(gè)角度來深入了解單片機(jī) 并能夠?qū)⒍哂袡C(jī)結(jié)合起來 才能形成具有特定功能的應(yīng)用系統(tǒng)或整機(jī)產(chǎn)品 通過單片機(jī)的I O接口 在其周圍可以設(shè)置很多的外圍應(yīng)用電路 下面我們以一些典型外圍電路進(jìn)行說明 11 8051最小應(yīng)用系統(tǒng) 返回本節(jié) 12 相關(guān)知識(shí) 74LS373是一個(gè)8D三態(tài)鎖存器當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí) Q0 Q7為正常邏輯狀態(tài) 可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線 當(dāng)OE為高電平時(shí) Q0 Q7呈高阻態(tài) 即不驅(qū)動(dòng)總線 也不為總線的負(fù)載 但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響 1 8位三態(tài)D鎖存器74LS373的使用 13 14 2 2764芯片的使用2764芯片是一塊8KB的EPROM程序存儲(chǔ)器 有28只引腳 分成地址線 數(shù)據(jù)線和控制線 3 最小系統(tǒng)的解釋1 分時(shí)使用的方法 1 硬件連接 2 軟件2 存儲(chǔ)器容量的計(jì)算方法3 片選地址的計(jì)算 15 相關(guān)知識(shí) 1 簡單控制部件簡介1 繼電器2 光耦3 指示燈 16 相關(guān)知識(shí) 2 彩燈控制器的設(shè)計(jì)1 硬件設(shè)計(jì)2 彩燈控制器軟件設(shè)計(jì) 1 延時(shí)程序 2 數(shù)據(jù)編碼 3 編程 4 調(diào)試程序 17 1 實(shí)現(xiàn)顯示輸出的發(fā)光二極管電路8路發(fā)光二極管顯示電路如圖1 4 2所示 8個(gè)采用共陽極連接方式的發(fā)光二極管 每個(gè)發(fā)光二極管均接有限流電阻 只要將單片機(jī)最小系統(tǒng)中的任意一個(gè)I O口與之相連接 就可以構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)電路 當(dāng)單片機(jī)I O口輸出低電平時(shí) 發(fā)光二極管就亮 而輸出高電平時(shí) 發(fā)光二極管就不亮 圖1 4 28路發(fā)光二極管顯示電路 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用 18 1 8只LED彩燈花樣控制仿真2 LED彩燈控制器硬件設(shè)計(jì)1 PCB制作 1 PCB制作廠家制作 2 用雕刻機(jī)制作 3 自己手工制作 4 用萬能板制作2 電路調(diào)試 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 拓展知識(shí) 1 元器件布局的一般方法和要求 1 元器件在PCB上的分布應(yīng)盡量均勻 密度一致 2 PCB上元器件的排列應(yīng)整齊美觀 3 元器件安裝的位置應(yīng)避免互相影響 4 變壓器 扼流圈 大電容器 繼電器等大而笨重的元器件可安裝在主印制電路板之外的輔助底板上 利用附件將它們緊固 以利于加工和裝配 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 2 布設(shè)導(dǎo)線的一般方法和要求 1 公共地線應(yīng)盡可能布置在PCB的最邊緣 便于PCB安裝以及與地相連 2 為減小導(dǎo)線間的寄生耦合 布線時(shí)應(yīng)按信號(hào)的順序進(jìn)行排列 盡可能將輸入線和輸出線的位置遠(yuǎn)離 最好采用地線將兩端隔開 3 提供大信號(hào)的供電線和提供小信號(hào)的供電線應(yīng)分開 特別是地線 最好是一點(diǎn)共地 4 高頻電路中的高頻導(dǎo)線 三極管各電極引線及信號(hào)輸入 輸出線應(yīng)盡量做到短而直 易引起自激的導(dǎo)線應(yīng)避免互相平行 宜采取垂直或斜交布線 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 3 印制導(dǎo)線的尺寸和圖形1 印制導(dǎo)線的寬度2 印制導(dǎo)線的間距3 印制導(dǎo)線的形狀 1 除地線外 同一PCB上導(dǎo)線的寬度盡可能保持一致 2 印制導(dǎo)線的走向應(yīng)平直 不應(yīng)出現(xiàn)急劇的拐彎或尖角 3 應(yīng)盡量避免印制導(dǎo)線出現(xiàn)分支 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 4 焊盤的形狀和尺寸為了增加在焊接元器件與機(jī)械加工時(shí)印制導(dǎo)線與基板的粘貼強(qiáng)度 必須將導(dǎo)線加工成圓形或島形 如圖3 14所示 環(huán)外徑應(yīng)略大于其相交的印制