單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng)課件

1、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,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),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(lái)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(xiàn)。對(duì)51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，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,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),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,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單

2、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,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過(guò)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)

3、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1.2MHZ12 MHZ 。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,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),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)及其最小應(yīng)

4、用系統(tǒng),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(kāi)始工作。無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)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(jiàn)的復(fù)位電路如圖1.3.4（a）（b）所示,7,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),圖1.3.4（a）為上電復(fù)位電路，它是利用電

5、容充電來(lái)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)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),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(zhuān)用寄存器狀態(tài)如下,9,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),其中x表示無(wú)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

6、0000H開(kāi)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）P0P3 口值為FFH。P0P3口用作輸入口時(shí)，必須先寫(xiě)入“1”。單片機(jī)在復(fù)位后，已使P0P3口每一端線(xiàn)為“1”，為這些端線(xiàn)用作輸入口做好了準(zhǔn)備,10,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),任務(wù)4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì),由此可見(jiàn)，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(lái)深入了解單片機(jī)，并能夠?qū)⒍哂袡C(jī)結(jié)合起來(lái)，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(guò)單片機(jī)的I/O接口，在其周?chē)梢栽O(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(shuō)明,11,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),80

7、51最小應(yīng)用系統(tǒng),返回本節(jié),12,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),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)，Q0Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線(xiàn)。當(dāng) OE 為高電平時(shí)，Q0Q7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線(xiàn)，也不為總線(xiàn)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,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),14,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),2.2764芯片的使用 2764芯片是一塊8 KB的EPROM程序存儲(chǔ)器，有28只引腳，分成地址線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)和控制線(xiàn)。 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

8、方法 3）片選地址的計(jì)算,15,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),相關(guān)知識(shí),1.簡(jiǎn)單控制部件簡(jiǎn)介 1）繼電器 2）光耦 3）指示燈,16,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),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,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),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(yáng)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

9、電平時(shí)，發(fā)光二極管就不亮,圖1.4.2 8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,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),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(chǎng)家制作 （2）用雕刻機(jī)制作 （3）自己手工制作 （4）用萬(wàn)能板制作 2）電路調(diào)試,單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì),19,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),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

10、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,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),2.布設(shè)導(dǎo)線(xiàn)的一般方法和要求 （1）公共地線(xiàn)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(xiàn)間的寄生耦合，布線(xiàn)時(shí)應(yīng)按信號(hào)的順序進(jìn)行排列，盡可能將輸入線(xiàn)和輸出線(xiàn)的位置遠(yuǎn)離，最好采用地線(xiàn)將兩端隔開(kāi)。 （3）提供大信號(hào)的供電線(xiàn)和提供小信號(hào)的供電線(xiàn)應(yīng)分開(kāi)，特別是地線(xiàn)，最好是一點(diǎn)共地。 （4）高頻電路中的高頻導(dǎo)線(xiàn)，三極管各電極引線(xiàn)及信號(hào)輸入、輸出線(xiàn)應(yīng)盡量做到短而直，易引起自激的導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)避免互相平行，宜采取垂直或斜交布線(xiàn),單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì),21,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),3.印制導(dǎo)線(xiàn)的尺寸和圖形 1）印制導(dǎo)線(xiàn)的寬度 2）印制導(dǎo)線(xiàn)的間距 3）印制導(dǎo)線(xiàn)的形狀 （1）除地線(xiàn)外，同一PCB上導(dǎo)線(xiàn)的寬度盡可能保持一致。 （2）印制導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)出現(xiàn)分支,單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì),22,單片機(jī)及其最小應(yīng)用系統(tǒng),4.焊盤(pán)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(xiàn)與基板的粘貼強(qiáng)度，必須將導(dǎo)線(xiàn)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導(dǎo)線(xiàn)的寬度，通常取23 mm。在單個(gè)