單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.1學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）掌握51單片機最小系統(tǒng)電路的設(shè)計和制作；（2）熟悉KeiluVision2軟件的使用，掌握51單片機c語言程序的編寫和調(diào)試。（3）熟悉Proteus軟件的使用。第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.2任務(wù)分析：任務(wù)名稱：在獨立電路板上設(shè)計制作單片機最小系統(tǒng)，滿足：（1）在萬用板上制作單片機最小系統(tǒng)，使該系統(tǒng)具有看門狗電路、I/O口擴展電路、總線擴展電路、程序下載接口、工作指示燈；（2）編寫基本控制程序，下載調(diào)試，使該系統(tǒng)能夠正常工作，并且容易更改該系統(tǒng)的控制程序。第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日任務(wù)背景：單片機最小系統(tǒng)是各種智能電子設(shè)備的控制中樞，穩(wěn)定的最小系統(tǒng)是電子設(shè)備長期穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。本次工作任務(wù)是為一小型溫度測控系統(tǒng)設(shè)計制作單片機控制電路板。3.2任務(wù)分析：第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.2任務(wù)分析：任務(wù)要求：（1）合理選擇單片機、晶振、看門狗、電阻、電容等芯片和原件；（2）完成全電路理論設(shè)計、計算機輔助分析與仿真、繪制電路圖，自制電路板、焊接調(diào)試；（3）撰寫設(shè)計報告、調(diào)試總結(jié)報告及使用說明書。第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.2任務(wù)分析：工作任務(wù)所需要的設(shè)備、工具和材料：具有232串行口的計算機、雙蹤示波器、5V直流電源、萬用表（模擬或數(shù)字）、電烙鐵、導(dǎo)線，自制電路板的各種工具一套及元器件若干。第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3任務(wù)知識點：3.3.1單片機最小系統(tǒng)的組成3.3.2單片機的引腳3.3.3如何讓單片機工作起來3.3.451單片機并行總線的擴展3.3.5為單片機編寫程序3.3.6用KeiluVision2編寫單片機程序3.3.7PROTEUS軟件簡介第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3.1單片機最小系統(tǒng)的組成：第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3.1單片機最小系統(tǒng)的組成：電源、復(fù)位電路和晶振電路是單片機工作起來必須的條件。下載程序電路是用計算機將單片機程序固化到單片機程序存儲器的電路。LED指示燈電路是用來做固化程序的控制對象，驗證程序是否正確運行的標(biāo)志。I/O口電路和總線驅(qū)動電路是用來擴展單片機的控制對象的接口電路。第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日單片機的引腳：第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日如何讓單片機工作起來：第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日如何讓單片機工作起來：電源：單片機的第40腳接電源的正極，20腳接電源的地線。電源電壓為+5V，正負(fù)偏差不能超過百分之五。第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日如何讓單片機工作起來：振蕩電路：單片機內(nèi)部由大量的時序電路構(gòu)成，沒有時鐘脈沖單片機的各個部分就無法工作。所以在單片機的內(nèi)部集成有振蕩電路，外部只需要按照上面的電路圖將晶振和電容接到單片機的18（XTAL2）、19(XTAL1)引腳，就構(gòu)成了一個完整的振蕩器。接通電源，這個振蕩器就會產(chǎn)生固定頻率脈沖，使單片機內(nèi)部的時序邏輯電路開始工作。晶振的頻率決定了單片機工作的快慢。第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日復(fù)位電路：用于將單片機內(nèi)部各電路的狀態(tài)，恢復(fù)到初始值。按照上面的接線圖將電阻和電容接到單片機的第9（RST）引腳，在通電的瞬間使9腳獲得一段時間的高電平，單片機內(nèi)部的電路就自動復(fù)位了。如何讓單片機工作起來：第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日如何讓單片機工作起來：EA引腳：用戶編寫的應(yīng)用程序都存儲在單片機內(nèi)部的程序存儲器中，若編寫的程序較長，內(nèi)部程序存儲器容量不夠用時，就要考慮在單片機芯片的外部另外增加程序存儲器芯片。那么單片機中的控制器是如何知道程序是被存在什么地方呢？它是通過31（EA）腳上的電平狀態(tài)進行判斷的，若EA接電源正端，就表示程序已被存入單片機內(nèi)部存儲器，反之是存在單片機外部存儲器。在本例中，所選單片機內(nèi)部的程序存儲容量已經(jīng)夠用，所以只需按照接線圖將EA引腳接到+5V即可。第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日如何讓單片機工作起來：輸入輸出引腳：單片機引腳中凡用P，后面跟數(shù)字標(biāo)注的引腳均為輸入輸出引腳。8個引腳為一個“口”，上圖中P1.0腳為P1口的第0號引腳。輸入輸出引腳狀態(tài)受程序控制，可以將單片機內(nèi)部的信號送出來（輸出），也可以將與引腳相連的外部信號送到單片機內(nèi)部去（輸入）。上圖中P1.0腳與LED負(fù)極相連，LED正極通過限流電阻R1接電源正極，當(dāng)單片機的P1.0腳為高電平時，LED熄滅；當(dāng)P1.0腳為低電平時，LED點亮?？梢姡灰刂芇1.0腳電平的高低，就能控制LED的亮滅。第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日如何讓單片機工作起來：MAX202電路：單片機工作的硬件條件具備以后，需要將程序固化到程序存儲器中，可以采用燒錄器的方法固化。本例中，采用STC89C52單片機的ISP固化程序的方法，即單片機的TXD、RXD兩個引腳通過MAX202的電平變換和計算機的串口連接，將下載的程序固化到單片機的程序存儲器中。第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日如何讓單片機工作起來：看門狗電路：看門狗又叫watchdogtimer（WDT）,是一個定時器電路,一般有一個輸入,叫喂狗,一個輸出到MCU的RST端,MCU正常工作的時候,每隔一端時間輸出一個信號到喂狗端給WDT清零,如果超過規(guī)定的時間不喂狗(一般在程序跑飛時),WDT定時超過,就會給出一個復(fù)位信號到MCU,使MCU復(fù)位，防止MCU死機?？撮T狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說程序跑飛。本例中采用的STC89C52單片機內(nèi)部已經(jīng)集成了看門狗定時器，不用外接看門狗電路。第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日問題與思考：(1)在51單片機系統(tǒng)中什么是晶振周期、狀態(tài)周期、機器周期、指令周期，它們之間是什么關(guān)系？(2)單片機復(fù)位引腳需要什么樣的電平？如果通過阻容電路實現(xiàn)？電路中的電阻電容值是如何確定的？如果增加手動復(fù)位應(yīng)該如何連線？(3)51單片機中P0口結(jié)構(gòu)和其它I/O口比較有什么不同？在使用中要注意什么？第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3.451單片機并行總線的擴展：(1)并行總線的工作原理第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3.451單片機并行總線的擴展：(1)并行總線的工作原理地址總線：51單片機的地址總線為16位，分為高八位地址線和低八位地址線兩部分，高八位地址線由P2口提供，低八位地址線由P0口分時提供。P2口做地址線時具有輸出鎖存功能，輸出地址信息能夠保留，直到下一次輸出新的地址；P0口是數(shù)據(jù)和地址分時復(fù)用的端口，為保留其輸出的地址信息，需要在外部加地址鎖存器鎖存輸出的地址信息。地址鎖存器的控制信號由單片機的地址鎖存控制信號ALE提供，由ALE的下降沿控制鎖存時刻。第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3.451單片機并行總線的擴展：(1)并行總線的工作原理數(shù)據(jù)總線：51單片機的數(shù)據(jù)總線為八位，由P0口提供。當(dāng)P0口用做數(shù)據(jù)總線時是雙向且輸入三態(tài)的通道口，使用時不必外加其他芯片?？刂瓶偩€：對51單片機進行系統(tǒng)擴展時，用到的控制信號主要有地址鎖存信號ALE，片外程序存儲器讀信號PSEN，外部數(shù)據(jù)存儲器和I/O口讀寫控制信號WR、RD等。第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3.451單片機并行總線的擴展：(1)并行總線的工作原理程序存儲器擴展電路第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3.451單片機并行總線的擴展：(1)并行總線的工作原理訪問片外程序存儲器的時序圖第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3.451單片機并行總線的擴展：(1)并行總線的工作原理數(shù)據(jù)存儲器的擴展第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3.451單片機并行總線的擴展：(1)并行總線的工作原理外部數(shù)據(jù)存儲器讀時序圖第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3.451單片機并行總線的擴展：(1)并行總線的工作原理外部數(shù)據(jù)存儲器寫時序圖第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3.451單片機并行總線的擴展：(2)提高并行總線驅(qū)動能力的方法當(dāng)并行總線外部所接設(shè)備超出其負(fù)載能力時，應(yīng)增加總線的驅(qū)動能力，下圖為采用74HC245芯片的總線擴展電路。第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日問題與思考：（1）在51單片機系統(tǒng)中必須進行總線擴展嗎？在什么情況下進行總線擴展？都需要用到哪些信號進行擴展？（2）51單片機在進行并行總線擴展時外部設(shè)備的數(shù)量有什么要求？如果超出了要求應(yīng)如何處理？（3）簡述51單片機并行總線擴展應(yīng)如何計算芯片地址？可以舉例說明。第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3.5

為單片機編寫程序：要想讓單片機工作起來，還需要向單片機的程序存儲器中輸入程序，就像人需要思想一樣。本例就是控制LED燈的亮滅。而單片機中的控制器都是數(shù)字電路，只認(rèn)識二進制數(shù)據(jù)，例如使P1.0引腳電平變化的指令：指令一：1101001010010000；將單片機第1引腳置高電平指令二：1100001010010000；將單片機第1引腳置低電平這種能夠被單片機識別的二進制語言成為機器語言。第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3.5

為單片機編寫程序：改用簡明的英文符號來表示各種不同功能的指令幫助記憶，對應(yīng)的英文符號稱為助記符。例如將上面的指令一和指令二分別用助記符的形式來描述可表示為：指令一：SETB