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  • MCS-51单片机概述 MCS-51单片机是一种集成的电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示...
  • 51单片机组成部分

    千次阅读 2017-03-29 15:05:46
    1.中央处理器(CPU) 2.程序存储器(ROM) 3.数据存储器(RAM) 4.定时器 / 计数器 一般包含两个16位的可编程定时器 / 计数器,以实现定时或计数的功能。它也可以产生中断,从而在程序中控制程序的转向 5.并行I ...

    1.中央处理器(CPU)

    2.程序存储器(ROM)

    3.数据存储器(RAM)

    4.定时器 / 计数器      一般包含两个16位的可编程定时器 / 计数器,以实现定时或计数的功能。它也可以产生中断,从而在程序中控制程序的转向

    5.并行I / O口             用于和外部设备进行并行的输入/输出通信,以便于处理外部的输入和将运算结果反馈到外部设备

    6.全双工串行UART   用于和其他设备间的串行数据传送。

    7.中断系统                 51包括两个外部中断、两个定时器/计数器中断和一个串行中断。51单片机的中断系统具有两级的优先级别选择

    8.时钟振荡电路         用于为单片机提供CPU时钟源。单片机可以采用内部时钟振荡电路或者外部提供时钟源。

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  • 描述单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分部分组成。最小系统原理图如图4.1所示。图4.1最小系统电路图电源供电模块图4.1.1 电源模块电路图对于一个完整的电子设计来讲,首要问题就是为整个系统...

    描述

    单片机最小系统主要由电源、复位、振荡电路以及扩展部分等部分组成。最小系统原理图如图4.1所示。

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    图4.1最小系统电路图

    电源供电模块

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    图4.1.1 电源模块电路图

    对于一个完整的电子设计来讲,首要问题就是为整个系统提供电源供电模块,电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。51单片机虽然使用时间最早、应用范围最广,但是在实际使用过程中,一个和典型的问题就是相比其他系列的单片机,51单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象,克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。

    此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给,也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。电源电路中接入了电源指示LED,图中R11为LED的限流电阻。S1 为电源开关。

    复位电路

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    图4.1.2 复位电路图

    单片机的置位和复位,都是为了把电路初始化到一个确定的状态,一般来说,单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态,而在单片机内部,复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。

    单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容,实现上电复位。当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。具体数值可以由RC电路计算出时间常数。

    复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。

    (1)上电复位:STC89系列单片及为高电平复位,通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC,再连接一个电阻到GND,由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位,随后回归到低电平进入正常工作状态,这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。

    (2)按键复位:按键复位就是在复位电容上并联一个开关,当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平,而且由于电容的充电,会保持一段时间的高电平来使单片机复位。

    振荡电路

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    图4.1.3 振荡电路图

    单片机系统里都有晶振,在单片机系统里晶振作用非常大,全程叫晶体振荡器,他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率,单片机晶振提供的时钟频率越高,那么单片机运行速度就越快,单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。

    在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。

    单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。

    晶振通常与锁相环电路配合使用,以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号,可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。

    STC89C51使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源,由于单片机内部带有振荡电路,所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可,电容容量一般在15pF至50pF之间。

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    单片机是单片微型计算机的简称,因为单片机首要用于管束范畴,所以海内上群体将单片机称作微型管束器,单片机与微型计算机但凡由CPU、存储器和输出/输出接口等组成的,但二者又有所不同,微型计算机和单片机的底子构造分别如图

    d0fd108704186ffa9483ab4c23a5178b.png

    或是看出,将CPU、存储器和输出/输出接口等部件布置在电路板上,内部输出/输出配备通过电路板上的接插件与输出/输出接口连接起来就组成为了微型计算机;假设将CPU、存储器和输出/输出接口等做在一块集成电路内部,这种集成电路就是单片机,输出/输出配备通过单片机的引脚与内部输出/输出接口连接。

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    图示就是一个具有40个引脚的单片机,其内部集成为了 CPU、存储器和输出/输出接口等,微型计算机或是依照必要更换电路板上的CPU、存储器和输出/输出接口部件,从而汲引屈就和扩大功能;而单片机是无法更换CPU、存储器和输出/输出接口的(因为它们都做在一块集成电路内部),假设要进行复杂的管束,或是选怠懈能强大的单片机。

    与单片机斗劲,微型计算机具有屈就高、功能强的本性,但其价值卑贱,并且体积大,所以在一些不是很复杂的管束方面,如电动玩具、缤纷闪动的霓虹灯和家用电器中完全或是采用价值低贱的单片机来进行管束。

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  • MCS-51单片机概述MCS-51单片机是一种集成的电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动...

    MCS-51单片机概述

    MCS-51单片机是一种集成的电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

    51系列单片机的特点

    -8位cpu

    -片内带振荡器,频率范围为1.2MHz~12MHz

    -片内带128B的数据存储器

    -片内带4KB的程序存储器

    -程序存储器的寻址空间为64KB

    -片外数据存储器的寻址空间为64KB

    -128个用户位寻址空间

    -21个字节特殊功能寄存器

    -4个8位的I/O并行接口:P0、P1、P2、P3

    -两个16位定时、计数器

    -两个优先级别的五个中断源

    -一个全双工的串行I/O接口,可多机通信

    -111条指令,包含乘法指令和除法指令

    -片内采用单总线结构

    -有较强的位处理能力

    -采用单一+5V电源

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    单片机的应用分类

    通用型

    这是按单片机(Microcontrollers)适用范围来区分的。例如,80C51式通用型单片机,它不是为某种专门用途设计的;专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的,例如为了满足电子体温计的要求,在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。

    总线型

    这是按单片机(Microcontrollers)是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有并行地址总线、 数据总线、控制总线,这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接,另外,许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内,因此在许多情况下可以不要并行扩展总线,大大减省封装成本和芯片体积,这类单片机称为非总线型单片机。

    控制型

    这是按照单片机(Microcontrollers)大致应用的领域进行区分的。一般而言,工控型寻址范围大,运算能力强;用于家电的单片机多为专用型,通常是小封装、低价格,外围器件和外设接口集成度高。 显然,上述分类并不是惟一的和严格的。例如,80C51类单片机既是通用型又是总线型,还可以作工控用。

    MCS-51单片机最小系统的组成部分及电路图

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    图2 51系列单片机最小系统见

    下面就图2所示的单片机最小系统各部分电路进行详细说明。

    1、时钟电路

    在设计时钟电路之前,让我们先了解下51单片机上的时钟管脚:

    XTAL1(19脚):芯片内部振荡电路输入端。

    XTAL2(18脚):芯片内部振荡电路输出端。

    XTAL1和XTAL2是独立的输入和输出反相放大器,它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器,或者是器件直接由外部时钟驱动。图2中采用的是内时钟模式,即采用利用芯片内部的振荡电路,在XTAL1、XTAL2的引脚上外接定时元件(一个石英晶体和两个电容),内部振荡器便能产生自激振荡。一般来说晶振可以在1.2~12MHz之间任选,甚至可以达到24MHz或者更高,但是频率越高功耗也就越大。在本实验套件中采用的11.0592M的石英晶振。和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响,可以起到频率微调作用。当采用石英晶振时,电容可以在20~40pF之间选择(本实验套件使用30pF);当采用陶瓷谐振器件时,电容要适当地增大一些,在30~50pF之间。通常选取33pF的陶瓷电容就可以了。

    另外值得一提的是如果读者自己在设计单片机系统的印刷电路板(PCB)时,晶体和电容应尽可能与单片机芯片靠近,以减少引线的寄生电容,保证振荡器可靠工作。检测晶振是否起振的方法可以用示波器可以观察到XTAL2输出的十分漂亮的正弦波,也可以使用万用表测量(把挡位打到直流挡,这个时候测得的是有效值)XTAL2和地之间的电压时,可以看到2V左右一点的电压。

    2、复位电路

    在单片机系统中,复位电路是非常关键的,当程序跑飞(运行不正常)或死机(停止运行)时,就需要进行复位。

    MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(第9管脚)出现2个机器周期以上的高电平时,单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平,单片机就处于循环复位状态。

    复位操作通常有两种基本形式:上电自动复位和开关复位。图2中所示的复位电路就包括了这两种复位方式。上电瞬间,电容两端电压不能突变,此时电容的负极和RESET相连,电压全部加在了电阻上,RESET的输入为高,芯片被复位。随之+5V电源给电容充电,电阻上的电压逐渐减小,最后约等于0,芯片正常工作。并联在电容的两端为复位按键,当复位按键没有被按下的时候电路实现上电复位,在芯片正常工作后,通过按下按键使RST管脚出现高电平达到手动复位的效果。一般来说,只要RST管脚上保持10ms以上的高电平,就能使单片机有效的复位。图中所示的复位电阻和电容为经典值,实际制作是可以用同一数量级的电阻和电容代替,读者也可自行计算RC充电时间或在工作环境实际测量,以确保单片机的复位电路可靠。

    3、EA/VPP(31脚)的功能和接法

    51单片机的EA/VPP(31脚)是内部和外部程序存储器的选择管脚。当EA保持高电平时,单片机访问内部程序存储器;当EA保持低电平时,则不管是否有内部程序存储器,只访问外部存储器。

    对于现今的绝大部分单片机来说,其内部的程序存储器(一般为flash)容量都很大,因此基本上不需要外接程序存储器,而是直接使用内部的存储器。

    在本实验套件中,EA管脚接到了VCC上,只使用内部的程序存储器。这一点一定要注意,很多初学者常常将EA管脚悬空,从而导致程序执行不正常。

    4、P0口外接上拉电阻

    51单片机的P0端口为开漏输出,内部无上拉电阻(见图3)。所以在当做普通I/O输出数据时,由于V2截止,输出级是漏极开路电路,要使“1”信号(即高电平)正常输出,必须外接上拉电阻。

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    图3P0端口的1位结构

    另外,避免输入时读取数据出错,也需外接上拉电阻。在这里简要的说下其原因:在输入状态下,从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的,但也有例外。例如,当从内部总线输出低电平后,锁存器Q=0,Q=1,场效应管V1开通,端口线呈低电平状态。此时无论端口线上外接的信号是低电平还是高电平,从引脚读入单片机的信号都是低电平,因而不能正确地读入端口引脚上的信号。又如,当从内部总线输出高电平后,锁存器Q=1,Q=0,场效应管V1截止。如外接引脚信号为低电平,从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。所以当P0口作为通用I/O接口输入使用时,在输入数据前,应先向P0口写“1”,此时锁存器的Q端为“0”,使输出级的两个场效应管V1、V2均截止,引脚处于悬浮状态,才可作高阻输入。

    总结来说:为了能使P0口在输出时能驱动NMOS电路和避免输入时读取数据出错,需外接上拉电阻。在本实验套件中采用的是外加一个10K排阻。此外,51单片机在对端口P0—P3的输入操作上,为避免读错,应先向电路中的锁存器写入“1”,使场效应管截止,以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。

    5、LED 驱动电路

    细心的读者可能已经发现,在最小系统中,发光二极管(LED)的接法是采取了电源接到二极管正极再经过1K 电阻接到单片机I/O 口上的(见图4 中的接法1)。为什么这么接呢?首先我们要知道LED 的发光工作条件,不同的LED 其额定电压和额定电流不同,一般而言,红或绿颜色的LED 的工作电压为1.7V~2.4V,蓝或白颜色的LED 工作电压为2.7~4.2V, 直径为3mm LED 的工作电流2mA~10mA。在这里采用红色的3mm 的LED。其次,51 单片机(如本实验板中所使用的STC89C52单片机)的I/O 口作为输出口时,拉电流(向外输出电流)的能力是μA 级别,是不足以点亮一个发光二极管的。而灌电流(往内输入电流)的方式可高达20mA,故采用灌电流的方式驱动发光二极管。当然,现今的一些增强型单片机,是采用拉电流输出(接法2)的,只要单片机的输出电流能力足够强即可。另外,图4 中的电阻为1K 阻值,是为了限制电流,让发光二极管的工作电流限定在2mA~10mA。

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