第01章基礎知識

第1章基礎知識1.1信息在計算機中的存儲（略）1.2單片機及其特點1.3單片機的發(fā)展及主要品種1.4單片機應用1.5單片機系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境簡介1.2單片機及其特點1.2.1單片機的基本概念單片機屬于微型計算機的一種，是把微型計算機中的微處理器、存儲器、I/O接口、定時器/計數(shù)器、串行接口、中斷系統(tǒng)等電路集成在一塊集成電路芯片上形成的微型計算機。因而被稱為單片微型計算機，簡稱為單片機。單片機按照用途可分為通用型和專用型兩大類。在單片機使用上注意以下幾個相互有相同點也有區(qū)別的概念“（1）單板機：早期將CPU、內存、磁盤控制器和串行/并行端口等功能電路板插入一個底板內，構成的微型計算機。（2）單片機（3）多板機：1.2.2單片機的主要特點（1）在存儲器結構上，單片機的存儲器采用哈佛（Harvard）結構：ROM和RAM是嚴格分開的。ROM稱為程序存儲器，只存放程序、固定常數(shù)和數(shù)據(jù)表格。RAM則為數(shù)據(jù)存儲器，用作工作區(qū)及存放數(shù)據(jù)。（2）在芯片引腳上，大部份采用分時復用技術。

1.2.2單片機的主要特點（3）在內部資源訪問上，通過用特殊功能寄存器（SFR）的形式（如下頁）。C語言編程常用特殊功能寄存器名稱符號地址位地址與位名稱D7D6D5D4D3D2D1D0P0口P080H8786858483828180P1口P190H9796959493929190P2口P2A0HA7A6A5A4A3A2A1A0P3口P3B0HB7B6B5B4B3B2B1B0定時/計數(shù)器控制TCON88HTF18FTR18ETF08DTR08CIE18BIT18AIE089IT088定時/計數(shù)器方式TMOD89HGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定時/計數(shù)器0低字節(jié)TL08AH定時/計數(shù)器0高字節(jié)TH08BH定時/計數(shù)器1低字節(jié)TL18CH定時/計數(shù)器1高字節(jié)TH18DHC語言編程常用特殊功能寄存器名稱符號地址位地址與位名稱D7D6D5D4D3D2D1D0電源控制PCON97HSMODGF1GF0PDIDL串行口控制SCON98HSM09FSM19ESM09DREN9CTB89BRB89ATI99RI98串行口數(shù)據(jù)SBUF99H中斷允許控制IEA8HEAAFET2ADESACET1ABEX1AAET0A9EX0A9中斷優(yōu)先級控制IPB8HPT2BDPSBCPT1BBPX1BAPT0B9PX0B8C語言編程常用（8052中包括定時器/計數(shù)器T2）特殊功能寄存器名稱符號地址位地址與位名稱D7D6D5D4D3D2D1D0定時/計數(shù)器2控制T2CONC8HTF2CFEXF2CERCLKCDTCLKCCEXEN2CBTR2CAC/T2C9CP/RL2C8定時/計數(shù)器2重裝低字節(jié)RLDLCAH定時/計數(shù)器2重裝高字節(jié)RLDHCBH定時/計數(shù)器2低字節(jié)TL2CCH定時/計數(shù)器2高字節(jié)TH2CDH僅限匯編編程時涉及特殊功能寄存器名稱符號地址位地址與位名稱D7D6D5D4D3D2D1D0堆棧指針SP81H數(shù)據(jù)指針低字節(jié)DPL82H數(shù)據(jù)指針高字節(jié)DPH83H程序狀態(tài)寄存器PSWD0HCD7ACD6F0D5RS1D4RS0D3OVD2D1PD0累加器AE0HE7E6E5E4E3E2E1E0寄存器BBF0HF7F6F5F4F3F2F1F01.2.2單片機的主要特點（4）在指令系統(tǒng)上，采用面向控制的指令系統(tǒng)。（5）內部一般都集成一個全雙工的串行接口。（6）單片機有很強的外部擴展能力。1.3單片機發(fā)展及其主要品種1.3.14位單片機1.3.28位單片機1.3.316位單片機1.3.432位單片機在1978年以前各廠家生產(chǎn)的8位單片機，由于集成度的限制，一般都沒有串行接口，只提供小范圍的尋址空間（小于8KB），性能相對較低，稱為低檔8位單片機。在1978年以后，集成電路水平提高，出現(xiàn)了一些高性能的8位單片機，它們的尋址能力達到了64KB，片內集成了4-8KB的ROM，片內除了帶并行I/O口外，還有串行I/O接口，甚至有些還集成A/D轉換器。這類單片機稱為高檔8位單片機。1.4單片機的應用1.4.1單機應用（1）工業(yè)自動化控制。（2）智能儀器儀表。（3）計算機外部設備和智能接口（4）家用電器。1.4.2多機應用：主要應用于大型自動控制系統(tǒng)1.4.3單片機的等級（1）民用級或商用級。溫度適應能力在0C~70C，適用于機房和一般的辦公環(huán)境。（2）工業(yè)級。溫度適應能力在-40C~85C，適用于工廠和工業(yè)控制中，對環(huán)境的適應能力較強。（3）軍用級。溫度適應能力在-65C~125C，運用于環(huán)境條件苛刻，溫度變化很大的野外。主要用在軍事上。圖1.3單片機選型市場調查單片機系列STC/宏晶科技

8051單片機全球第一品牌

中國大陸本土MCU領航者1.5單片機系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境簡介KeilC51集成環(huán)境（詳見教材最后一章）要求熟練使用該環(huán)境Protel工具簡介要求了解電路板繪制和制作的基本步驟了解并掌握原理圖閱讀與分析了解PCB圖的基本知識，能夠閱讀并分析PCB圖PCB板簡介無論我們打開哪種電器設備，都會看到形形色色的電路板也稱PCB板PCB（PrintedCircuitBoard）中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、印刷線路板是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的提供者。以絕緣板為基材，切成一定尺寸，其上至少附有一個導電圖形，并布有孔（如元件孔、緊固孔、金屬化孔等），并實現(xiàn)電子元器件之間的相互連接。

由于它是采用電子印刷術制作的，故被稱為“印刷”電路板。根據(jù)電路層數(shù)可分為單面板、雙面板和多層板。常見的多層板一般為4層板或6層板，復雜的多層板可達十幾層。

在印制電路板出現(xiàn)之前，電子元器件之間的互連都是依靠電線直接連接實現(xiàn)的（見下頁）。而現(xiàn)在，電路面板只是作為有效的實驗工具而存在；印刷電路板在電子工業(yè)中已經(jīng)占據(jù)了絕對統(tǒng)治的地位。與下一頁比較PCB板簡介課上所使用的電路板是雙面板（Double-SidedBoards）

這種電路板的兩面都有布線，不過要用上兩面的導線，必須要在兩面間有適當?shù)碾娐愤B接才行。這種電路間的“橋梁”叫做導孔（via）。導孔是在PCB上，充滿或涂上金屬的小洞，它可以與兩面的導線相連接。因為雙面板的面積比單面板大了一倍，而且因為布線可以互相交錯（可以繞到另一面），它更適合用在比單面板更復雜的電路上。PCB板基本組成線路與圖面(Pattern):線路是做為原件之間導通的工具，在設計上會另外設計大銅面作為接地及電源層。線路與圖面是同時做出的。介電層(Dielectric):用來保持線路及各層之間的絕緣性，俗稱為基材孔(Throughhole/via):導通孔可使兩層次以上的線路彼此導通，較大的導通孔則做為零件插件用，另外有非導通孔(nPTH)通常用來作為表面貼裝定位，組裝時固定螺絲用防焊油墨(Solderresistant/SolderMask):并非全部的銅面都要吃錫上零件，因此非吃錫的區(qū)域，會印一層隔絕銅面吃錫的物質(通常為環(huán)氧樹脂)，避免非吃錫的線路間短路。根據(jù)不同的工藝，分為綠油、紅油、藍油。絲?。↙egend/Marking/Silkscreen):此為非必要之構成，主要的功能是在電路板上標注各零件的名稱、位置框，方便組裝后維修及辨識用。表面處理(SurfaceFinish):由于銅面在一般環(huán)境中，很容易氧化，導致無法上錫(焊錫性不良)，因此會在要吃錫的銅面上進行保護。保護的方式有噴錫(HASL)，化金(ENIG)，化銀(ImmersionSilver)，化錫(ImmersionTin)，有機保焊劑(OSP)，方法各有優(yōu)缺點，統(tǒng)稱為表面處理。PCB板簡介覆銅箔層壓板是制作印制電路板的基板材料。它用作支撐各種元器件，并能實現(xiàn)它們之間的電氣連接或電絕緣在電路板表面可以看到的細小線路材料是銅箔，這些線路被稱作導線，并用來提供PCB上零件的電路連接。通常PCB的顏色都是綠色或是棕色，這是阻焊漆（soldermask）的顏色。是絕緣的防護層，可以保護銅線，也可以防止零件被焊到不正確的地方。在阻焊層上還會印刷上一層絲印層，通常在這上面會印上白色的文字與符號，以標示出各零件在板子上的位置。為了將零件固定在PCB上面，我們將它們的接腳直接焊在布線上．雙層板中，零件都集中在其中一面，導線則都集中在另一面．這么一來我們就需要在板子上打洞，這樣接腳才能穿過板子到另一面，所以零件的接腳是焊在另一面上的．因為如此，PCB的正反面分別被稱為零件面與焊接面．PCB制作過程原理圖PCB圖利用Protel軟件完成PCB加工工廠Protel是什么，為什么學習它？許多公司在招聘電子設計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用PROTEL。

Protel是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設計者的首選軟件。

它較早就在國內開始使用，在國內的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設了課程來學習它，幾乎所有的電子公司都要用到它。成于大氣信達天下Protel99的文件類型文檔擴展名類型說明.bk*自動備份文件.ddb設計數(shù)據(jù)庫文件.lib元件庫文件.net網(wǎng)絡表文件.pcb印制電路板文件.pld可編程邏輯器件描述文件.prj項目文件.rep報告文件.sch原理圖文件.txt文本文件電路板設計的基本步驟1原理圖的設計2產(chǎn)生網(wǎng)絡表3印制電路板（PCB）的設計一個簡單的單片機系統(tǒng)原理圖繪制原理圖過程簡介找元件（定義屬性）布局：元器件的安放連線：將有電氣連接關系的引腳連接到一起放置網(wǎng)絡標號等：若兩個引腳具有相同的網(wǎng)絡標號，表明其相連。原理圖簡介電路原理圖電路原理圖的定義:

通過電路元件符號繪制的電子元件連線走向圖，它詳細的描繪了各個元件的連線和走向，各個引腳的說明，和一些檢測數(shù)據(jù)。功能：由于它直接體現(xiàn)了電子電路的結構和工作原理，所以一般用在設計、分析電路中。分析電路時，通過識別圖紙上所畫的各種電路元件符號，以及它們之間的連接方式，就可以了解電路的實際工作時是否正常，或有可能出現(xiàn)的問題或情況。

原理圖符號的概念：用符號表示元器件，常用的元器件如電阻、電容、按鍵等有通用的符號。有意義的不是原理圖符號的形狀樣式，而是它的引腳號與引腳功能元器件引腳：代表著實際元器件的電器分布關系，主要包含具有電氣特性特點的示意圖形、引腳名稱和引腳序號3個部分。元器件引腳的名稱通常用來標注引腳的電氣功能，而元器件引腳序號與與器件的焊盤序號對應，它是聯(lián)系原理圖編輯器和PCB編輯器的橋梁。51單片機網(wǎng)絡標號總線晶振按鍵電阻發(fā)光二極管Usb接口電解電容電容引腳電源符號地網(wǎng)絡表從電路原理圖生成網(wǎng)絡表網(wǎng)絡表包含兩方面信息元器件的封裝：元器件的形狀、大小、引腳排列、焊盤形狀等元器件之間的電氣連接關系：如一個元器件的某個引腳與哪個元器件的哪個引腳具有電氣連接關系網(wǎng)絡表需要被導入PCB圖中，為PCB圖的繪制提供依據(jù)PCB圖PCB圖：是電路板的映射圖紙，它詳細描繪了電路板的走線，元件的位置等?？纱致缘倪@樣理解：PCB圖繪制的是膠片，而PCB板是根據(jù)膠片沖洗出的照片元器件封裝：指元器件焊接到電路板時所指示的外觀和焊點的位置。不同的元器件可共用同一個封裝，同種元器件也可以有不同的封裝該紫色線為電路板邊線該黃色字為絲印層（電路板上為白色）該藍色線為焊接面上的銅箔導線該紅色線為零件面的銅箔導線LED的封裝LED的一個引腳焊盤為了能夠正、反面走線而設置的過孔PCB板上孔的分類過孔：也稱連接孔。過孔均為金屬化孔，主要用于不同層間的電氣連接

過孔PCB板上孔的分類焊盤：焊盤是裝焊元器件的地方，焊盤中心為元器件的引腳插孔，其孔徑應比所焊接的元器件引腳的直徑略大一些，以便于插裝元器件焊盤PCB板上孔的分類安裝孔：于大型元器件和印制板的固定安裝孔正確的焊接步驟正確的焊接步驟錯誤的焊接問題：焊錫沒有流至引腳，只是堆在表面，構成虛焊，造成電路不通的錯誤解決：重新加熱，再次融化焊錫，使之充滿焊盤元器件焊接順序先難后易，先低后高，先貼片后插裝。宗旨：焊接方便，節(jié)省時間。先焊接難度大的，這主要是指管腳密集的貼片式集成芯片先低后高，先貼片后插裝。這樣焊接起來方便。如先把高的元件焊接了，有可能妨礙其他元件的焊接，尤其是高大的元件密集眾多的時候。如果先焊接插裝的元件，電路板就會在焊臺上放不平，影響焊接焊接幾點說明電烙鐵使用：由于電烙鐵久未使用，會造成電烙鐵頭不吃錫的情況出現(xiàn)，此時可以用裁紙刀或砂紙打磨焊接時，焊接時間不要太長，免得把元件燙壞，但亦不要太短，造成假焊或虛焊。焊接結束后，用鑷子夾住被焊元件適當用力拉撥一下，檢查元件是否被焊牢。如果發(fā)現(xiàn)有松動現(xiàn)象，必須重新進行焊接。焊接時，要將烙鐵頭的刃口接觸焊點與元件引線，使流動的焊錫布滿焊點并滲入被焊物的縫隙，接觸時間大約在3-5秒左右，然后拿開電烙鐵。拿開電烙鐵的時間，方向和速度，決定了焊接的質量與外觀的正確的方法是，在將要離開焊點時，快速的將電烙鐵往回帶一下，后迅速離開焊點，這樣焊出的焊點既光亮，圓滑，又不出毛刺。若經(jīng)程序測試，未能見應有執(zhí)行效果，一方面可能連線有錯誤，另一方面可能焊接有問題，出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象，如果是后者，則需要把可能存在問題的焊點重新用