单片机原理图

1、51单片机增强型学习系统2.3 51单片机增强型学习系统各组成部份原理图及功能简介2.3.1 共阴极数码管动态扫描控制图2.2 51单片机增强型学习系统的四位共阴极数码管动态扫描硬件连接原理图AT89S51单片机P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上接电阻。AT89S51单片机P2口是一个

2、带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX Ri指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器SFR区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。在上面的硬件连接原理图里，我们用到的

3、是P0和P2口控制四位数码管显示的。四位数码管显示的方式是动态扫描显示，动态扫描显示是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路如上图是把所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起由单片机的P0.0P0.7控制，而每一个数码管的公共极（阴极） 是各自独立地受单片机P2.7P2.4控制。CPU向字段输出口P0口送出字形码时，所有数码管接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管亮则取决于P2.7P2.4的输入结果，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个数码管的公共极，使各个数码管轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位数码管的点亮时间是极为短暂

4、的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。以下是控制四位数码管显示“8051”的程序，我们从中可以看到是如何控制数码管动态扫描的过程：LOOP:MOVP0,#0FFH;赋初值，关显示MOVP2,#0FFH;赋初值，关显示MOVP0,#01111111B;显示8CLRP2.7;选中第一个数码管LCALLDELAY;延时1msSETBP2.7;关显示MOVP0,#00111111B ;显示0CLRP2.6;选中第二个数码管LCALLDELAY;延时1msSETBP2.6;关

5、显示MOVP0,#01101101B;显示5CLRP2.5;选中第三个数码管LCALLDELAY;延时1msSETBP2.5;关显示MOVP0,#00000110B ;显示1CLRP2.4;选中第四个数码管LCALLDELAY;延时1msSETBP2.4;关显示AJMPLOOP;反复循环DELAY:MOVR6,#250;延时1ms子程序DJNZR6,$RET运行这段程序后，可以看到51单片机增强型学习系统上的四位数码管显示“8051”四个数字。利用51单片机增强型学习系统控制四位数码管显示这一功能可以做以下等实验：（1）控制一位数码管做数字从09显示实验（2）控制两位数码管做99计数器实验（3

6、）控制四位数码管做9999计数器实验（4）控制四位数码管做四位数字钟实验（5）控制四位数码管做轮流显示数字和流水灯实验（6）控制四位数码管做四位数字跑动显示实验（7）控制数码管做加减成除法运算和数据排序等实验（8）控制数码管做电话计费器实验（9）控制数码管做交通灯数显实验2.3.2 步进电机控制图2.3_1 51单片机增强型学习系统的单片机与步进电机硬件连接原理图步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。你可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时你可以通过控制脉冲

7、频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机分三种：永磁式（PM）、反应式（VR）和混合式（HB） （1） 永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；（2） 反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；（3） 混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。步进电机在工作过程中会发热，如果步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从

8、而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。AT89S51单片机P1口是一个带内部上接电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。74LS07为集电极开路输出的六组驱动器，A1A6为输入端；Y1Y6为输出端。图

9、2.3_2 74LS07逻辑图因为我们的学习系统工作电压是在5V，为了方便配合学习系统的我们选用的是四相5V的步进电机，该步进电机在实验过程中发热量很少，工作比较稳定。从上图的连接原理图可以看到，步进电机的四组线圈通过驱动芯片74LS07分别连到了单片机的P1.0P1.3脚，通过指令控制该脚位的电平便可控制好步进电机。以下看一下是如何编写程序控制步进电机转动的：AA:MOVP1,#11111110B；给步进电机第一个线圈通电LCALLKK；延时MOVP1,#11111101B；给步进电机第一个线圈断电，第二个线圈通电LCALLKK；延时MOVP1,#11111011B；给步进电机第二个线圈断电

10、，第三个线圈通电LCALLKK；延时MOVP1,#11110111B；给步进电机第三个线圈断电，第四个线圈通电LCALLKK；延时SJMPAA；循环时行KK:MOVR5,#250；延时程序K1:NOP DJNZR5,K1 RET通过程序看到，依次给步进电机四相轮流通断电一次，步进电机就会转动7.2度，不断地给这四相轮流通断电，步进电机就会不断地转动。利用51单片机增强型学习系统控制步进电机可以做以下等实验：（1）控制步进电机正转、反转（2）控制步进电机快转、慢转（3）通过按键控制步进电机正转、反转、快转、慢转、停止2.3.3 直流电机控制图2.4_1 51单片机增强型学习系统的单片机P2.2口

11、与直流电机硬件连接原理图图2.4_2 直流电机内部结构图其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。(其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的)上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向

12、片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。学习系统用到的是5V的直流电机，通过给直流电机两端一个正负电压就可以使其转动，从上面原理图我们可以看到直流电机的一端接+5V，另一端经三极管连到单片机的P2.2口，这里的三极管起开关作用，三极管导通，直流电机转动；反之停止。以下看一下是如何编写程序经三极管开关控制直流电机转动的：AA：CLRP2.2;使三极管导通，直流电机转动LCALLKK;延时SETBP2.2;使三极管关断，直流电机停止转动LCALLKK;延时SJMPAA;循环KK：MOVR5，#250：延时子程序K1：NOPNOPDJNZR5，K1

13、RET以上程序可以看到通过控制单片机的P2.2口使直流电机转动和停止，在延时时间上调节一下，可改变直流电机转动速度的快慢。51单片机增强型学习系统通过单片机的P2.2口控制直流电机可做以下等实验：（1）控制直流电机做快转、慢转实验（2）通过按键控制直流电机做快转、慢转、停止等实验2.3.4 发光二极管控制图2.5 51单片机增强型学习系统的单片机P1、P3口与16个LED硬件连接原理图AT89S51单片机P1口引脚功能在步进电机应用那里已提到，在这里我们还用到P3口引脚。AT89S51单片机P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门

14、电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。51单片机增强型学习系统通过单片机P1、P3口分别控制16个发光二极管的。二极管是有单向导通性的，而发光二极管则是在导通的同时使它发光。硬件电路连接如上图，我们只要把16个发光二极管的一端接上高电平“1”（接电源+5V），另一端分别由单片机的P1、P3口去控制，只要相应的位给出低电平“0”，发光二极管就会接通发亮。因为其原理比较简单，所以应用性也比较广。以下看一下是如何编写程序控制16个发光二极管亮灭的：AA:MOVP1,#00000000B；让P1口控制的8个发光二极管全亮

15、 MOVP3,#00000000B；让P3口控制的8个发光二极管全亮LCALLKK；延时1SMOVP1,#11111111B；让P1口控制的8个发光二极管全灭MOVP3,#11111111B；让P1口控制的8个发光二极管全灭LCALLKK；延时1SSJMPAA；循环 KK:MOVR5,#10；延时1S程序K1:MOVR6,#0FFHK2:MOVR7,#80HK3:NOP DJNZ R7,K3 DJNZR6,K2 DJNZR5,K1 RET通过以上程序可以看到P1、P3口控制的16个发光二极管不停的以1秒延时来亮灭闪烁，如果要使闪烁速度快点，可将延时时间调短即可。51单片机增强型学习系统通过单片

16、机的P1、P3口控制16个LED可做以下等实验：（1） P1、P3口16灯全亮全灭1秒延时（2） P1、P3口左右八灯轮流亮灭1秒延时（3） P1、P3口16个跑马灯左循环（4） P1、P3口16个跑马灯右循环（5） P1、P3口16个跑马灯来回跑（6） P1、P3口控制双龙戏珠实验（7） P1、P3口做广告跑灯系列2.3.5 喇叭音乐输出控制图2.6 51单片机增强型学习系统的单片机P2.0口与LM386芯片及喇叭的硬件连接原理图LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可

17、将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地位参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。2本学习系统是将LM386的1脚和8脚短接，将增益固定在一个值，LM386的反相输入端（第2引脚）接地，同相输入端（第3引脚）接单片机的P2.0口，输出端（第5引脚）接上一个电解电容再连到小喇叭的一端，小喇叭另一端接地。这样单片机P2.0口输出的信号经LM386放大后输送到喇叭，使喇叭发出声音。以下看一下是如何编写程序经LM386放大使喇叭发出报警声音的：ORG 0000HAJMP AAORG 0030HAA: MOV R

18、2,#06H ;赋循环初值AA1: MOV R3,#5AHAA2: CPL P2.0 ;产生脉冲LCALL D5MS ;延时5MSDJNZ R3,DLV2DJNZ R2,DLV1MOV R2,#6H ;改变循环初值AA3: MOV R3,#05AHAA4: CPL P2.0;产生脉冲LCALL D25MS;延时2.5MSDJNZ R3,DLV4DJNZ R2,DLV3SJMP AA;循环D5MS: MOV R7,#0FFH;延时5MSLOOP2:NOPNOP DJNZ R7,LOOP2RETD25MS:MOV R6,#0FFH;延时2.5MSLIN:NOPDJNZ R6,LIN RETEND从

19、以上程序可以看到通过改变单片机P2.0输出的脉冲及延时时间，可以使喇叭不断发出“嘀嗒，嘀嗒”的报警声音。51单片机增强型学习系统通过单片机P2.0口控制LM386驱动喇叭可做以下等实验：（1） 控制小喇叭做警报器实验（2） 控制小喇叭做救护车声实验（3） 控制小喇叭做简易电子琴实验（4） 控制小喇叭做生日快乐、国歌等唱歌实验2.3.6 温度控制图2.7_1 51单片机增强型学习系统的单片机P2.1口与DS18B20的硬件连接原理图DS18B20“一线总线”数字化温度传感器是DALLAS最新单线数字温度传感器，支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55°C+125°C，在-

20、10+85°C范围内,精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便、便宜、体积小。 DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为±0.5°C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。 图2.7_2 DS18B20的管脚排列图DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端。DQ端并上一个电阻与单片机的P2.1口连接，单

21、片机读取信号后做相应的处理。具体的读取操作过程在实例分析中有详细解说。51单片机增强型学习系统通过单片机的P2.1口控制对温度传感器DS18B20的信号输入处理可以做温度控制等实验。（详见第三章实例分析温度控制）2.3.7 简易键盘控制图2.8 51单片机增强型学习系统的单片机P3口与触位按键硬件连接原理图AT89S51单片机P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，此外还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。AT89S51单片机P3口的第二功能如下：端口引脚第二功能P3.0RXD （串行输入口）P3.1TXD （串行输出口）P3.2INT0（外部中断0

22、）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0 （定时/计数器0）P3.5T1 （定时/计数器1）P3.6WR （外部数据存储器写选通）P3.7RD （外部数据存储器读选通）从上面原理图来看，51单片机增强型学习系统把单片机的P3口全部拉出来外接8个触位按键做成简易键盘。以下看一下是如何编写程序经P3口按键做查询实验的：AA：JNBP3.0,BB;查询P3.0的按键是否按下去，是就跳到BB，否顺执JNBP3.1,CC;查询P3.1的按键是否按下去，是就跳到CC，否顺执NOPSJMPAA;循环查询BB：MOVP1，#00H;P1口八灯全亮LJMPAA;返回继续查询CC：MOVP1，#0FFH;P1

23、口八灯全灭LJMPAA;返回继续查询以上程序可以看到，通过查询P3口外接的两个按键，一但有按键触发就跳到相应的子程序去执行，这里就实现了按P3.0按键P1口八个发光二极管全亮；按P3.1按键P1口八个发光二极管全灭，程序可反复进行。通过P3口外接的按键可以实现外接信号的模拟输入、按键查询、中断等实验。2.3.8两个单片机之间、单片机RS232接口PC机串行通信2.3.8.1 两个单片机之间的双机通信图2.9_1 51单片机增强型学习系统的单片机与单片机进行串行通信实验硬件连接原理图AT89S51的P3.0与P3.1口第二功能分别是RXD(串行输入口)、TXD（串行输出口），利用这两个串行输入输

24、出口可实现两个单片机之间相互通信。在这里我们还用到单片机的特殊功能寄存器SCON和PCON。图2.9_2 串行口控制寄存器SCON各位的设置图串口的工作方式设置：SM0SM1工作方式功能描述波特率 0 0 方式0 8位同步移位寄存器fosc/12 0 1 方式1 10位异步收发由定时器控制 1 0 方式2 11位异步收发fosc/64或fosc/32 1 1 方式3 11位异步收发由定时器控制方式0以8位数据为一帧字符，不设起始位和停止位，先发送或接收最低位。它为同步移位寄存器输入输出方式，常用于扩展I/O口。串行口通过RXD（P3.0）输入数据，TXD（P3.1）专用于输出时钟脉冲给外部移位

25、寄存器，作为扩展外围器件的同步信号。通过74LS164可扩展并行输出口，通过74LS165可扩展输入口。波特率为晶振频率的1/12。若晶振频率为12MHz，则波特率为1Mb/s。方式1用于串行发送和接收，为10位通用异步接口。串行口通过RXD（P3.0）输入数据，而通过TXD（P3.1）输出数据。一帧数据的格式为1位起始位、8位数据位（低位在前）、1位停止位，共10位。在接收时，停止位进入SCON的RB8中。此方式的波特率可变化为（2SMOD/32）*T1的溢出率，其中SMOD可取0或1，T1的溢出率决定于定时器T1的初值。方式2和方式3为每帧11位异步通信格式，由TXD和RXD发送与接收数据

26、。每帧11位，即1位起始位、8位数据位（低位在前）、1位可编程的第9位和1位停止位。单机通信时，发送数据的第9位取自TB8，它可以设置为“1”或“0”，也可将奇偶位装入TB8中，从而进行奇偶校验，发送完毕，置TI为“1”。接收时，若SCON中的REN=1，允许接收。当满足RI=0时，前8位数据送入SBUF，附加的第9位数据位进入SCON的RB8中，并置RI为“1”。方式2和方式3的波特率不同。电源控制寄存器PCON中只有一位SMOD与串行口有关，就是第七位SMOD（PCON.7）波特率加倍位。在串行方式1、方式2和方式3中，若SMOD=1，则波特率提高一倍，复位时，SMOD=0。51单片机增强

27、型学习系统的双机通信接口就是设计两个单片机之间进行串行通信用的，它们的传送方式可以是单工、半双工、全双工。以下看一下是如何编写程序实现单片机与单片机之间的双机通信的，这段程序设计是以半双工方式传送数据，串口的工作方式选方式2，SMOD=1（波特率倍增），P3.7口接按键，P1.0口接一个发光二极管，程序如下：SHUEQU20H;MOVSCON,#10010000B;设置方式2，REN=1允许接收MOVPCON,#10000000B;SMOD=1，波特率倍增AA:JBRI,BB;检测是否有数据接收，是跳BB，否顺执JNBP3.7,CC;检测P3.7按键是否有按下去，是跳CC，否顺执SJMPAA;反复检测CC:MOVA,P3;将P3的数据发送出去MOVSBUF,A;WAIT:JBCTI,AA;SJMPWAIT;BB:MOVA,SBUF;接收数据MOVSHU,A;接收到的数据送SHUJNBSHU.7,DD;检测是否收到指定数据，是跳DD，否顺执CLRRI;数据接收完毕复位SJMPAA;跳回程序开始循环DD:CPLP1.0;P1.0取反，使连接的LED亮