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文檔簡介
第一部分單片機(jī)硬件基礎(chǔ)
單片微型計算機(jī)簡稱為單片機(jī)。單片機(jī)在一塊芯片上集成了中央處理器(CPU),存儲器(數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM)、定時/計數(shù)器和I/O端口等主要部件。51系列單片機(jī)有4個8位的雙向并行輸入/輸出(I/O)端口(P0口、P1口、P2口、P3口),共32個I/O口,每個端口既可以按字節(jié)進(jìn)行輸入、輸出,也可以按位輸入、輸出高/低電平。1.151單片機(jī)芯片引腳單片機(jī)芯片封裝有直插式封裝(DIP)與表面貼片式封裝(SMD)兩種單片機(jī)有40個引腳,共分為電源線,端口線和控制線三類。圖1.1.1DIP封裝的51單片機(jī)引腳圖1.151單片機(jī)芯片引腳1.1.1電源線(1)Vss(20腳):接地引腳。(2)Vcc(40腳):正電源引腳。正常工作時,接+5V電源。1.1.2端口線51片內(nèi)有4個8位并行I/O端口P0、P1、P2、P3。他們可以雙向使用。(1)P0口32~39腳為P0.0~P0.7輸入/輸出引腳。P0口是一個雙向的8位并行I/O口,每個I/O口可獨立控制,片內(nèi)沒有上拉電阻,輸入為高阻態(tài),所以不能正常輸出高/低電平,因此,P0端口在使用中需要外接上拉電阻,方可輸出高/低電平,如圖1.1.2所示,一般上拉電阻選擇10kΩ電阻。P0端口的驅(qū)動能力為其它端口(P1、P2、P3)的2倍。圖1.1.1DIP封裝的51單片機(jī)引腳圖圖1.1.2上拉電阻1.151單片機(jī)芯片引腳(2)P1口1~8腳為P1.0~P1.7輸入/輸出引腳。P1口是一個準(zhǔn)雙向的8位并行I/O口,每個I/O口可獨立控制,內(nèi)部具有上拉電阻,故能正常輸出高/低電平。I/O口在作為輸入時,須先輸出高電平準(zhǔn)備,所以稱為準(zhǔn)雙向口。(3)P2口21~28引腳為P2.0~P2.7輸入/輸出引腳。P2口是一個準(zhǔn)雙向的8位并行I/O口,每個I/O口可獨立控制,內(nèi)部具有上拉電阻,與P1口相似。圖1.1.1DIP封裝的51單片機(jī)引腳圖圖1.1.2上拉電阻1.151單片機(jī)芯片引腳(4)P3口10~17腳為P3.0~P3.7輸入/輸出引腳。P3口是一個準(zhǔn)雙向的8位并行I/O口,每個I/O口可獨立控制,內(nèi)部具有上拉電阻。P3口作為第一功能使用時就是普通的I/O口,與P1口相同。作為第二功能使用時,每一個I/O引腳的定義如表1.1.2所示。P3口的每一個引腳可以單獨定義為輸入/輸出引腳或者是第二功能引腳。圖1.1.1DIP封裝的51單片機(jī)引腳圖表1.1.2P3口各引腳第二功能定義1.151單片機(jī)芯片引腳1.1.3控制線(1)RST(9引腳)單片機(jī)的復(fù)位引腳。當(dāng)引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高電平時有效。復(fù)位后,單片機(jī)程序重新開始執(zhí)行,單片機(jī)正常工作時,該引腳應(yīng)保持低電平。(2)XTAL1和XTAL2(19,18引腳)XTAL1引腳為片內(nèi)振蕩電路的輸入端,XTAL2引腳為片內(nèi)振蕩電路的輸出端。時鐘有兩種方式,一種是內(nèi)時鐘振蕩方式(如圖1.1.3左圖),需要在18和19引腳上外接石英晶體和振蕩電容,一種是外部時鐘振蕩方式,即將XTAL1接地,外部時鐘信號從XTAL2腳輸入(如圖1.1.3右圖)。圖1.1.1DIP封裝的51單片機(jī)引腳圖圖1.1.3內(nèi)、外時鐘連接方式1.151單片機(jī)芯片引腳(3)ALE/PROG(30引腳)地址鎖存允許/編程引腳。當(dāng)訪問外部程序存儲器時,ALE的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。當(dāng)不訪問外部程序存儲器時,ALE端將輸出一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號,這個信號可以用于識別單片機(jī)是否工作,也可以當(dāng)做一個時鐘向外輸出。(4)EA/Vpp(31引腳)允許訪問片外程序存儲器/編程電源線。該引腳接高電平,訪問片內(nèi)程序存儲器。該引腳接低電平,則訪問片外程序存儲器。通常在使用中,該腳接高電平。EA=1片內(nèi)程序存儲器有效EA=0片外程序存儲器有效,此時必須有外部擴(kuò)展存儲器(5)PSEN(29引腳)片外RPM選通線。圖1.1.1DIP封裝的51單片機(jī)引腳圖1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的一個可以工作的應(yīng)用系統(tǒng),對于51單片機(jī)來講,最小系統(tǒng)主要包括單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。如圖1.2.1所示為單片機(jī)的最小系統(tǒng)原理圖。圖1.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)1.2.1晶振電路(1)時鐘信號的產(chǎn)生晶振電路在單片機(jī)系統(tǒng)中是不可少的。在單片機(jī)系統(tǒng)中,所有的工作都是在同一個節(jié)拍下工作,這樣才不會沖突。時鐘的快慢決定了系統(tǒng)的工作效率,系統(tǒng)時鐘是由晶振電路提供的,晶振大小選取由用戶自己定,以STC89C52RC增強(qiáng)型8051單片機(jī)為例,可接晶振頻率為0~40MHz,推薦值為(11.0592MHz、12MHz),振蕩電容的值一般取10~30pF,推薦值為(30pF)。圖1.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖(2)時序
A、時鐘周期時鐘周期又稱為振蕩周期,由單片機(jī)的內(nèi)部振蕩電路OSC產(chǎn)生,定義為OSC時鐘頻率的倒數(shù),即T時=1/fosc。時鐘頻率的大小由晶振的大小決定。B、機(jī)器周期機(jī)器周期為單片機(jī)的基本操作周期,在一個機(jī)器周期內(nèi),CUP可以完成一個最簡單的獨立操作。一個機(jī)器周期由12個時鐘周期組成,即機(jī)器周期=12*時鐘周期。例如:若單片機(jī)系統(tǒng)的振蕩器頻率為12MHz,則可以計算出1個機(jī)器周期的時間為1μs。1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)1.2.2復(fù)位電路MCS-51單片機(jī)有一個復(fù)位引腳RST(9腳),高電平有效,在時鐘電路工作以后,當(dāng)外部電路使得該引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期(24個時鐘周期)以上的高電平時,單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位有兩種方式:上電復(fù)位(如圖1.2.2左圖)和手動復(fù)位(如圖1.2.2右圖)。圖1.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖1.2.2復(fù)位電路注意:單片機(jī)復(fù)位后,P0~P3輸出都為高電平。1.3總結(jié)設(shè)計最小系統(tǒng)電路的原理圖和PCB圖時需要注意一下問題:(1)P0口需要加上上拉電阻,推薦用10kΩ的排阻。(2)在P0、P1、P2、P3各個端口外面加上排針,方便接線用。(3)在電源輸入端加入104濾波電容。(4)EA引腳直接接到VCC。(5)電源接線針要多加。(6)設(shè)計四個下載程序用的接口針。接口針分別連接到:VCC、GND、P3.0、P3.1。(7)設(shè)計PCB時,晶振需要靠近單片機(jī)的18、19引腳,晶振的起振電容不能離晶振過遠(yuǎn)。(8)設(shè)計PCB時,單片機(jī)的四個下載接口應(yīng)在電路板的邊沿,方便接線。1.4習(xí)題(1)設(shè)51單片機(jī)的晶振是12MHZ,請問單片機(jī)的時鐘周期和機(jī)器周期?(2)請問51單片機(jī)的起振電容一般是多大?(3)51單片機(jī)的引腳有多
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