【ch01】單片機(jī)最小系統(tǒng)及其搭建

第1章單片機(jī)最小系統(tǒng)及其搭建1.簡(jiǎn)述單片機(jī)最小系統(tǒng)是什么。單片機(jī)最小系統(tǒng)也稱最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指由最少的元件組成的可工作的單片機(jī)系統(tǒng)。AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由下載電路、電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等部分組成。AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路原理圖如圖1.1所示。2.簡(jiǎn)述時(shí)鐘電路的搭建過(guò)程。單片機(jī)指令的執(zhí)行需要用到時(shí)鐘信號(hào)，晶振(晶體振蕩器)就是用來(lái)為單片機(jī)提供基本時(shí)鐘信號(hào)的。時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度就越快。每個(gè)單片機(jī)都有它能夠接受的最高時(shí)鐘頻率。當(dāng)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)中有多個(gè)芯片需要時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，它們通常共用一個(gè)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(shí)鐘頻率。這里用12MHz的晶振作為振蕩源，由于AT89S52單片機(jī)內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只需要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可，電容容量一般為15~50pF,時(shí)鐘電路原理圖如圖1.2所示。具體搭建過(guò)程如下所述。在單片機(jī)的18(X2)、19(X1)引腳上接一個(gè)12MHz的晶振，晶振的兩個(gè)引腳分別接一個(gè)22pF的瓷片電容，再全部接地。單片機(jī)右上角的40引腳接電源正極，左下角的20引腳接電源負(fù)極，面包板上搭建的時(shí)鐘電路如圖1.3所示。當(dāng)單片機(jī)的31引腳(EA端)接10kQ上拉電阻時(shí)，表示單片機(jī)執(zhí)行的是內(nèi)部存儲(chǔ)器程序。3.簡(jiǎn)述復(fù)位電路的搭建過(guò)程。復(fù)位電路的作用是讓單片機(jī)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(fù)位。復(fù)位電平需要持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上才有效，具體數(shù)值可以由復(fù)位的RC電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)后確定。AT89S52單片機(jī)使用的晶振振蕩頻率為12MHz，每個(gè)機(jī)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(fù)位。復(fù)位電路由上電復(fù)位電路和按鍵復(fù)位電路兩部分組成。(1)上電復(fù)位電路AT89系列單片機(jī)都是高電平復(fù)位的，通常在復(fù)位引腳RESET.上連接-一個(gè)電容到Vcc,再連接一個(gè)電阻接地，由此形成-一個(gè)RC充放電回路，保證單片機(jī)在上電時(shí)RESET引腳上有足夠長(zhǎng)的高電平時(shí)間，使得單片機(jī)能夠正常復(fù)位。然后RESET引腳回歸低電平，單片機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，利用電容的充電來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位，電阻和電容的典型值為10kQ和10pF。復(fù)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(fù)位電路按鍵復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)被按下時(shí)，電容放電，RESET引腳被拉到高電平。電容充電時(shí)會(huì)保持一段時(shí)間的高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位。搭建方法:在單片機(jī)的復(fù)位引腳RESET(9引腳)上外接一個(gè)10kQ電阻，電阻的另一端接地;將一個(gè)10pF的電容接到單片機(jī)的RESET引腳上，電容的另一端接Vcc，復(fù)位按鍵也接到RESET引腳上，另-端接Vcc。要特別注意按鍵的導(dǎo)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(jī)的RESET引腳上，即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。面包板上復(fù)位電路的搭建如圖1.5所示。4.簡(jiǎn)述單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。一個(gè)基本的MCS-51子系列單片機(jī)通常包括中央處理器(CPU)、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、特殊功能寄存器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口、4個(gè)IO端口和中斷系統(tǒng)，各部分由內(nèi)部總線連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。本書(shū)主要以應(yīng)用最為廣泛的Atmel公司的89系列單片機(jī)AT89S52為研究對(duì)象進(jìn)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(yùn)算器和控制器組成，是單片機(jī)的控制核心。其中，運(yùn)算器包括8位算術(shù)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(yùn)算功能。控制器包括程序計(jì)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(shí)鐘電路(振蕩器和時(shí)序OSC)。單片機(jī)內(nèi)部有時(shí)鐘電路，要實(shí)現(xiàn)振蕩器和時(shí)序功能需外接石英晶體和微調(diào)電容，產(chǎn)生時(shí)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(chǔ)器(RAM)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)共256個(gè)存儲(chǔ)單元，通常使用低128個(gè)單元，用于存放可讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，高128個(gè)單元被專(zhuān)用寄存器占用。④程序存儲(chǔ)器(ROM)。程序存儲(chǔ)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(xiě)，掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。下載的程序存儲(chǔ)在ROM中。?2x16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。定時(shí)/計(jì)數(shù)器包含兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能。⑥中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)包含8個(gè)中斷源、1個(gè)6向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)。⑦并行VO端口。并行IO端口有4個(gè)8位雙向IO端口(PO、P1、P2、P3)，每條T/O線能獨(dú)立地用于輸入或輸出。P0端口為三態(tài)雙向端口，能帶8個(gè)LSTTL電路。P1、P2、P3端口為準(zhǔn)雙向端口(在用于輸入線時(shí),端口鎖存器必須先寫(xiě)入“1”，故稱準(zhǔn)雙向端口)，負(fù)載能力為4個(gè)LSTTL電路。⑧可編程全雙工串口。全雙工串口可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)通信。5.簡(jiǎn)述AT89S52單片機(jī)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(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O端口。作為輸出端口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)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(shí)，被作為低8位地址數(shù)據(jù)復(fù)用。在程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0端口用來(lái)接收指令字節(jié);在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。②P1端口:一個(gè)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(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。P1端口各引腳的功能如下。P10-T2:定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入，時(shí)鐘輸出。P11-T2EX:定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制。P15-MOSI:在系統(tǒng)編程時(shí)用。P16-MISO:在系統(tǒng)編程時(shí)用。P17-SCK:在系統(tǒng)編程時(shí)用。③P2端口:一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，在對(duì)P2端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口的電位拉高，此時(shí)可以作為輸入端口使用。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2端口輸出高8位地址。④P3端口:一個(gè)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(qū)動(dòng)4個(gè)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(yàn)時(shí)，P3端口也接收一些控制信號(hào)。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(qǐng)。P33一INT1:外中斷1申請(qǐng)。P34一T0:定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的外部輸入。P35一T1:定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的外部輸入。P36一WR:外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM或外部I/O端口寫(xiě)選通。P37一RD:外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(yàn)的控制信號(hào)。(3)控制線①ALE/PROG:地址鎖存允許信號(hào)。當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此可以作為對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)。.②PSEN:程序存儲(chǔ)允許，即外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)兩次PSEN信號(hào)。注意:信號(hào)字母上標(biāo)有橫線的表示低電平有效。③RESET:復(fù)位輸入。在振蕩工作時(shí)，當(dāng)RESET引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平