項目1任務1搭建單片機最小系統

項目1

單片機最小系統任務1搭建單片機最小系統組裝一個單片機的最小系統，外接1個發光二極管，要求系統上電后，發光二極管點亮。任務內容知識要求

了解什么是單片機、51單片機的結構與引腳；掌握最小系統電路結構；學會Proteus仿真軟件的使用，并學會單片機最小系統電路設計。知識點1

單片機概述

電子計算機高速發展到今天，通常可分為巨型機、大型機、中型機、小型機和微型機五類。它們在系統結構和基本工作原理方面并無本質的區別，只是在體積、性能和應用領域方面有所不同。

微處理器MP(MicroProcessor)

微型計算機MC(MicroComputer)

微型計算機系統MCS

(MicroComputerSystem)

單片微型計算機

(SingleChipMicrocomputer)1.基本概念

第一代(1974～1976年)：單片機發展的起步階段。第二代(1976～1978年)：這一階段生產的單片機已是單塊芯片，但其性能低、品種少、尋址范圍有限、應用范圍也不廣。第三代(1979～1982年)：8位單片機的成熟階段。

第四代(1983年以后)：8位單片機向更高性能發展，同時出現了工藝先進、集成度高、內部功能更強和運算速度更快的16位單片機，它允許用戶采用面向工業控制的專用語言，如C語言等。

2.單片機的發展

ATMEL89系列（以下簡稱AT89）單片機是美國ATMEL公司生產的8位高性能單片機，其主要技術優勢是內部含有可編程Flash存儲器，用戶可以很方便地進行程序的擦寫操作，在嵌入式控制領域中被廣泛的應用。3.ATMEL89系列單片機簡介

表1-1AT89系列單片機概況MCS-51系列單片機的派生產品，是一種增強功能的單片機指令系統、硬件結構和片內資源上與標準8051單片機完全兼容方便地進行程序的擦寫操作，無需專用編程器，無需專用仿真器STC單片機還開發出不同型號的新型單片機，如STC12系列、STC15系列單片機，集成不同功能模塊，用戶可方便選擇4.STC系列單片機簡介

知識點2

計算機中的數

微型計算機中常用的數制有三種：1.常用數制

十進制數：用一串連續的數字表示。如12，-1，0等。八進制數：用數字0開頭。如010，-056，011等。十六進制數：用數字0和字母x或X開頭。如0x5a，-0x9c等。（1）位（bit）和字節（byte）位，最小數據單位，用b表示；字節，基本存儲單位，用B表示。（2）字(word)和字長字，數據處理的基本單位。字長，一個字所包含的二進制數的位數，數據總線的位數決定，是微處理器的重要指標之一。2.計算機中數的表示

（3）機器數與真值在計算機中，把放在寄存器、存儲器、或數據端口中的數稱為機器數。機器數所對應的值稱為真值。機器數的真值到底是多少，取決于機器數所對應的是無符號數還是有符號數以及所對應的是什么碼制表示的數。2.計算機中數的表示

無符號數：不帶正、負號的數（signed）00000000B～11111111B，即0～255共256個數帶符號數：數的前面增設一位符號位，并規定正號用“0”表示，負號用“1”表示（unsigned）2.計算機中數的表示

知識351單片機結構與引腳

1.AT89C51單片機的結構

AT89系列單片機在結構上基本相同，只是在個別模塊和功能上有些區別。圖1.2是AT89C51單片機的內部結構框圖。它包含了作為微型計算機所必需的基本功能部件，各功能部件通過片內單一總線連成一個整體，集成在一塊芯片上。圖1-2

AT89C51內部結構框圖圖1-3AT89C51封裝和引腳分配圖(a)雙列直插式封裝；(b)方形封裝2.AT89C51單片機引腳P0口：

可以作為普通I/O口；當系統外接存儲器和擴展I/O口時，通常作為低8位地址/數據總線分時復用口，低8位地址由地址鎖存信號ALE下跳沿鎖存到外部地址鎖存器中，高8位地址由P2口輸出。（1）I/O端口P1口：通常作為普通I/O口P2口：

可以作為普通I/O口使用；當系統外接存儲器和擴展I/O口時，又作為擴展系統的高8位地址總線，與P0口一起組成16位地址總線。（1）I/O端口P3口：為雙功能口。每一位均可獨立定義為普通I/O口或第二功能輸入/輸出。（1）I/O端口（2）電源線AT89C51單片機的電源線有以下兩種：VCC：+5V電源線。VSS：接地線。XTAL1：片內振蕩器反相放大器的輸入端和內部時鐘工作的輸入端。采用內部振蕩器時，它接外部石英晶體和微調電容的一個引腳。XTAL2：片內振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調電容的另一端。采用外部振蕩器時，該引腳懸空。（3）外接晶體引腳RST：復位輸入端，高電平有效。ALE/：地址鎖存允許/編程線。：外部程序存儲器的讀選通線。/VPP：片外ROM允許訪問端/編程電源端。（4）控制線知識4AT89C51單片機最小系統

從本質上講，單片機本身就是一個最小應用系統。由于晶振、開關等器件無法集成到芯片內部，這些器件又是單片機工作所必需的器件，因此，由單片機、晶振電路及由開關、電阻、電容等構成的復位電路共同構成單片機的最小應用系統。。內部振蕩電路

兩個引腳上外接一個晶體（或陶瓷振蕩器）和電容組成的并聯諧振電路作為反饋元件時，便構成一個自激振蕩器。

此振蕩器由XTAL1端向內部時鐘電路提供一定的頻率時鐘源信號。1.晶振電路

內部振蕩電路參數選擇片內振蕩器的頻率是由外接石英晶體的頻率決定的，其頻率值可在4～24MHz之間，當頻率穩定性要求不高時，可選用陶瓷諧振器。片內振蕩器對構成并聯諧振電路的外接電容C1和C2要求并不嚴格，外接晶體時，C1和C2的典型值為20～30pF。外接陶瓷諧振器時，C1和C2的典型值為47pF左右。單片機也可采用外部振蕩器向內部時鐘電路輸入一固定頻率的時鐘源信號。此時，外部信號接至XTAL1端，而XTAL2端浮空即可，如圖1.6所示。圖1-6

外部時鐘電路圖外部振蕩電路

上電復位

系統剛剛接通電源時，由于電源有可能有抖動或者系統中可能有其他器件沒有進入穩定工作狀態，因此單片機需要在上電時進行復位。

一般采用專用的復位芯片或簡單的RC電路來實現，通過對電容的充電在接通電源的同時完成系統的復位工作。R、C的參數可以調整復位的時間。2.復位電路

上電復位電路中考慮到振蕩器有一定的起振時間，復位引腳上高電平必須持續10ms以上才能保證有效復位。因此，常用參數如圖所示。按鍵復位

單片機在運行期間出現非正常狀態則可以通過人工強制干預的方法進行復位。

2.復位電路

S鍵按下時，RST端經電阻R1接通Vcc電源實現復位。S按鍵未按下，可實現上電復位。看門狗復位

單片機系統在工作時，由于干擾等各種因素的影響，有可能出現死機或者程序“跑飛”現象，導致單片機系統無法正常工作。因此單片機需要看門狗復位，有兩種實現方式。（1）部分型號單片機內部有專門的看門狗定時器（2）外加看門狗電路，常用芯片MAX813L2.復位電路

知識5

單片機硬件仿真開發工具Proteus

PROTEUS是英國LabCenterElectronics公司推出的用于仿真單片機及其外圍器件的EDA工具軟件。PROTEUS與KeilC51配合使用，可以在不需要硬件投入的情況下，完成單片機C語言應用系統的仿真開發，從而縮短實際系統的研發周期，降低開發成本。分析：單片機最小系統電路由電源電路、復位電路、晶振電路構成，如圖1.9所示。任務實施1.新建設計文件

圖1.10建立新的設計文件

執行File→NewDesign…命令，彈出圖1.10所示的對話框，從中選擇合適的模板(通常選擇DEFAULT)。

單擊主工具欄的保存文件按鈕，在彈出的SaveISISDesignFile對話框中，選擇保存目錄，輸入新文件名稱，保存類型采用默認值。單擊保存按鈕，完成新建工作。2.對象的選擇與放置本任務的最小系統電路原理圖中的對象按屬性可分為兩大類：元器件(Component)，終端(Terminals)。對象所屬類和子類讀者可通過元件性質查閱附錄2.4得到。

ProteusISIS的元器件庫提供了大量元器件的原理圖符號，在繪制原理圖之前，必須知道每個元器件的所屬類及所屬子類，然后利用ProteusISIS提供的搜索功能可以方便地查找到所需元器件。在ProteusISIS中元器件的所屬類共有40多種，對象所屬類和子類讀者可通過元件性質查閱附錄2.4得到。從結構上看，PickDevices對話框（圖1.11）共分成3列，左側為查找條件，中間為查找結果，右側為原理圖、PCB圖預覽。圖1.11

選擇元器件對話框執行Library→PickDevice/Symbol…或單擊對象選擇窗口左上角的按鈕，都會打開PickDevices對話框。1)元器件的選擇與放置在PickDevices對話框中，選好元器件（如AT89C51）后，其名稱就會出現在對象選擇窗口中，如圖1.12所示。在對象選擇窗口中單擊AT89C51，其電路原理圖出現在預覽窗口中(圖1.13)。此時通過方向工具欄可以改變原理圖的方向。然后將鼠標指向編輯窗口的合適位置單擊，即可把AT89C51的電路原理圖放置到編輯窗口中。圖1.12

選擇元器件圖1.13

預覽窗口

2)終端的選擇與放置終端的預覽、放置方法與元器件類似。Mode工具箱中其他按鈕的操作方法又與終端按鈕類似，在此不再贅述。圖1.14

終端選擇窗口

單擊Mode工具箱中的終端按鈕，ProteusISIS會在對象選擇窗口中給出所有可供選擇的終端類型，如圖1.14所示。3.對象的編輯

在放置好繪制原理圖所需的所有對象后，可以編輯對象的圖形或文本屬性。下面以電阻元件R1為例，簡要介紹對象的編輯步驟。1)選中對象

將鼠標指向對象R1，鼠標指針由空心箭頭變成手形后，單擊即可選中對象R1。此時，對象R1高亮顯示，鼠標指針為帶有十字箭頭的手形，如圖1.15所示。2)移動、編輯、刪除對象

鼠標左鍵單擊選中對象并拖動，實現對象的移動；鼠標左鍵雙擊選中對象，實現對象的編輯；鍵盤delete按鍵，實現選中對象的刪除；通過方向工具欄按鈕實現對象的旋轉等。選中對象R1后，右擊，彈出快捷菜單，如圖1.16所示。通過該快捷菜單可以移動、編輯、刪除對象R1。圖1.16

編輯對象的快捷菜單

對象編輯窗口中，可實現元件標識編輯（R1），元件值編輯（200Ω），元件封裝編輯等。圖1.17

編輯對象文本屬性2)移動、編輯、刪除對象4.布線按照連接的方式，布線可分為3種：兩個對象之間的普通連接，使用輸入、輸出終端的無線連接，多個對象之間的總線連接。1)普通連接圖

兩個對象之間的普通連接(1)在第一個對象的連接點處單擊。(2)拖動鼠標到另一個對象的連接點處單擊。在拖動鼠標的過程中，可以在希望拐彎的地方單擊，也可以右擊放棄此次畫線。2)無線連接(1)在第一個連接點處連接一個輸入終端。(2)在另一個連接點處連接一個輸出終端。(3)利用對象的編輯方法對上面兩個終端進行標識，兩個終端的標識(Label)必須一致。5.添加或編輯文字描述

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