案例2-单片机最小系统设计

1、案例2 单片机最小系统设计01用户名：stu密码：stu2014.9.18单片机最小系统设计步骤 硬件设计工具软件：Altium Designer、DXP 软件设计工具软件：Keil uVision 调试万用表示波器最小系统-硬件单元电路 电源及其指示灯电路 晶振电路 复位电路 ROM启动选择电路 下载接口电路 独立按键电路 发光二极管电路等电源及其指示灯电路电源接插件XH2.54KF2510KF7.62HT5.08DC电源插座电源插座压线钳压线钳发光二极管5mm、3mm直径直径贴片发光管贴片发光管060308051206电阻1/4W立式电阻（碳膜、金属膜）立式电

2、阻（碳膜、金属膜）贴片电阻贴片电阻热敏电阻热敏电阻压敏电阻压敏电阻晶振电路时钟：定时与控制部件时钟：定时与控制部件晶振和电容组成的晶振和电容组成的并联谐振并联谐振回路。回路。晶振：晶振：1.2MHz1.2MHz12MHz12MHz之间选择（典型：之间选择（典型：6 6M M、12M12M、11.0592M11.0592M）电容：瓷片电容电容：瓷片电容 5 53030PFPF调试单片机最小系统时，可用示波器测晶振波形（正弦信号）来判断调试单片机最小系统时，可用示波器测晶振波形（正弦信号）来判断CPUCPU是否已工作（正弦波）是否已工作（正弦波）无源无源有源有源瓷片瓷片电容电容8051 8051

3、周期周期 振荡周期振荡周期：指振荡源的周期（石英晶体的振荡周期）：指振荡源的周期（石英晶体的振荡周期） 时钟周期时钟周期：( (称称S S周期周期) )为振荡周期的为振荡周期的2 2倍倍 机器周期机器周期：一个机器周期含：一个机器周期含6 6个时钟周期，即个时钟周期，即1212个振荡周期。个振荡周期。 指令周期指令周期：完成一条指令占用的全部时间。：完成一条指令占用的全部时间。805l805l的指令周期的指令周期含含1 14 4个机器周期个机器周期 机器周期机器周期: :T=12/foscT=12/fosc 若若foscfosc6 MHz6 MHz，则，则805l805l的：的：振荡周期振荡周

4、期1 16 6 usus； 时钟周期时钟周期1 13 3 usus；机器周期机器周期2 2 usus； 指令周期指令周期2 28 8 usus。 复位电路 为什么要复位？为什么要复位？单片机死机时，需要复位；单片机死机时，需要复位；复位后复位后CPUCPU从地址从地址00000000H H开始执行开始执行程序。程序。 怎么复位？怎么复位？在在RSTRST输入端出现输入端出现高电平高电平时实现时实现复位和初始化。复位时复位和初始化。复位时RSTRST引脚引脚至少保持一定时间的高电平高至少保持一定时间的高电平高电平持续电平持续2424个振荡周期以上个振荡周期以上（6 6MHzMHz4us4us）。

5、）。当当RSTRST引脚返回低电平以后，引脚返回低电平以后，CPUCPU从地址从地址00000000H H开始执行程序，复开始执行程序，复位时晶振上无信号。位时晶振上无信号。6*6*5mm微动按钮微动按钮12*12*7mm微动按钮微动按钮复位电路 复位电路复位电路上电复位上电复位（R=10kR=10k，C=10uF tC=10uF tRC=100msRC=100ms）手动复位手动复位看门狗自动复位看门狗自动复位看门狗监控复位电路看门狗监控复位电路 IMP705/706/813LIMP705/706/813L为带看门狗为带看门狗PP监控电路。程监控电路。程序中要对序中要对813“813“喂狗喂狗

6、”，若，若1.61.6秒内没有秒内没有“喂狗喂狗” ” 信号信号(P1.0)(P1.0)，则，则813813会自动产生信号对会自动产生信号对CPUCPU复位。复位。8051 存储器系统存储器分类存储器分类ROMROM：程序存储器，放代码：程序存储器，放代码 AT89S51AT89S51片内片内(4(4K)K) 片外最大片外最大6464K K（0000HFFFFH0000HFFFFH）RAMRAM：数据存储器，放数据：数据存储器，放数据 AT89S51AT89S51片内片内(256(256字节字节) ) 片外最大片外最大6464K K（0000HFFFFH0000HFFFFH） 8051的ROM

7、与RAM采用独立编址（地址会出现重叠） 系统是通过控制信号PSEN#（ROM编程选择使能）RD#（RAM读控制）WR# (RAM写控制)来区分对ROM还是RAM的操作ROM启动选择电路 AT89S51单片机片内含4K Flash ROM地址范围：000H3FFH 片外亦可扩展到最大64K的ROM地址范围：0000HFFFFH 8051单片机系统是从0H地址处开始运行的，因此8051单片机设置了EA#（External Address外部地址）选通控制位EA#=0:用外部ROM启动EA#=1:用内部ROM启动ROM（程序存储器程序存储器）ROM保留地址其它ROM地址RAM（随机存储器随机存储器）

8、低低128128字节（字节（0000H7FHH7FH） RAMRAM区区高高128128字节（字节（8080H HFFHFFH） 特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)(SFR)的区的区 80518051有有2121个特殊功能寄存器，其个特殊功能寄存器，其它是预留，不能用于存储数据它是预留，不能用于存储数据 具体见下页具体见下页8051 218051 21个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器( (SFR)SFR)符号符号地址地址注释注释符号符号地址地址注释注释* *ACCACCE0HE0H累加器累加器* *P3P3B0HB0H通道通道3 3* *B BF0HF0H乘法寄存器乘法寄存器PCONPCO

9、N8787H H电源控制及波特率选择电源控制及波特率选择* *PSWPSWD0HD0H程序状态字程序状态字* *SCONSCON9898H H串行口控制器串行口控制器SPSP8181H H堆栈指针堆栈指针SBUFSBUF9999H H串行数据缓冲器串行数据缓冲器DPLDPL8282H H数据存储器指针（低数据存储器指针（低8 8位）位）* *TCONTCON8888H H定时器控制定时器控制DPHDPH8383H H数据存储器指针（高数据存储器指针（高8 8位）位）TMODTMOD8989H H定时器方式选择定时器方式选择* *IEIEA8HA8H中断允许控制器中断允许控制器TL0TL08AH

10、8AH定时器定时器0 0低低8 8位位* *IPIPD8HD8H中断优先控制器中断优先控制器TL1TL18BH8BH定时器定时器0 0高高8 8位位* *P0P08080H H通道通道0 0TH0TH08CH8CH定时器定时器1 1低低8 8位位* *P1P19090H H通道通道1 1TH1TH18DH8DH定时器定时器1 1高高8 8位位* *P2P2A0HA0H通道通道2 2* *：表示该：表示该SFRSFR可以位寻址可以位寻址8051单片机程序下载 编程器方式 ISPIn System Program在系统编程 IAPIn Application Program在应用编程:通过RS23

11、2、CAN、以太网等ISP下载接口电路ByteBlasterIIByteBlasterII 并口下载并口下载实验室台式机实验室台式机参阅参阅 Isplay1.3ISPlayIsplay1.3ISPlay使用手册使用手册. .pdfpdfAVR ISP USBAVR ISP USB下载下载学生笔记本学生笔记本参阅参阅progisp168USB-ASPprogisp168USB-ASP使用说使用说明明. .docdocFC10P压线头压线头DC10P简易牛角座简易牛角座IDC压线钳压线钳输入检测电路1-独立按键电路高电平有效高电平有效低电平有效低电平有效输入检测电路2-大信号输入 工程应用中，很多

12、开关量输入信号为12V或24V，要传入MCU，应将对应信号转换成MCU的匹配电平，可采用电阻分压或光耦方式实现，具体电路见下：电路1:电阻分压电路（74HC14：六施密特反相器）输入检测电路2-大信号输入 若输入信号为12V或24V的开关信号，要传入MCU，应将对应信号转换成MCU的匹配电平，可采用电阻分压或光耦方式实现，具体电路见下：电路2:光耦电路开关量输出控制电路1-发光二极管电路上拉接法（典型）上拉接法（典型）低电平驱动低电平驱动下拉接法下拉接法高电平驱动高电平驱动开关量输出控制电路2-大信号输出 工业现场的开关量通常是12V或24V，而MCU输出一般为5V或3.3V，因此需要加驱动电

13、路。具体方法可采用三极管或集成达林顿管驱动。继电器驱动电路开关量输出控制电路2-大信号输出 工业现场的开关量通常是12V或24V，而MCU输出一般为5V或3.3V，因此需要加驱动电路。具体方法可采用三极管或集成达林顿管驱动。达林顿管驱动8051 I/O口 8051单片机有4组8位P0P1P2P3 每个端口可作为输入或输出字节操作位操作（位寻址） 部分端口除I/O功能外的第二功能P0 AD7AD0 低8位地址总线8位数据总线分时复用P2 A15A8 高8位地址总线P3 RXD、TXD、INT0#、INT1# T0、T1、WR#、RD#8051 I/O 读写操作字节操作 #include “reg

14、51.h” / sfr P1=0 x90; 读字节 unsigned char a; a=P1; /读8位 a=P1&0 x01; /读1位 a=P1&0 x0f; /读4位 写字节 P2=0 x01; /写8位常量 P2=ai; /写8位数组元素 P2=P2|0 x01;/对P2.0置1 P2=P2&0 x0f;/对P2高4位清0，低4位保持不变位操作 sbit P1_0=P10; /必须先定义位 读位 bdata my_byte=0 x20; sbit my_bit= my_byte 0; 或bit my_bit=0 x00; my_bit=P1_0; if(my_bit=1) ; if(

15、P1_0= =1) ; 写位 P1_0=1; P1_0=0; P1_0=P1_0;端口输出控制-字节操作方式#include reg51.h#define DELAY 1000void delay(unsigned int n)unsigned int i;for(i=0;in;i+);void main()P2=0 x7f;delay(DELAY_1S);P2=0 xBf;delay(DELAY_1S);P2=0 xDf;delay(DELAY_1S);P2=0 xEf;delay(DELAY_1S);P2=0 xF7;delay(DELAY_1S);P2=0 xFB;delay(DELAY

16、_1S);P2=0 xFD;delay(DELAY_1S);P2=0 xFE;delay(DELAY_1S);问题：1、8状态完成后程序结束，应该加死循环while(1)；2、低电平有效时，16进制数据书写较繁琐，可采用位取反“”实现；3、8组语句可采用通过数组，用循环实现，以简化程序。具体方法见下页端口输出控制-字节操作方式 while内嵌for语句void main()unsigned char d8=0 x80,0 x40,0 x20,0 x10,0 x08,0 x04,0 x02,0 x01;unsigned char i;while(1)for(i=0;i8;i+)P2=di;del

17、ay(DELAY_1S); while内嵌if语句void main()unsigned char d8=0 x80,0 x40,0 x20,0 x10,0 x08,0 x04,0 x02,0 x01;unsigned char i;i=0;while(1)P2=di;delay(DELAY_1S);i+;if(i=8)i=0;问题：1、程序中数组d与变量i为什么要用unsigned char类型定义?2、左右程序执行一次while循环各用多少时间？采用哪种方式更好？为什么？3、若要改变循环移动方向，程序应如何修改？端口输出控制-字节操作方式 循环左移改为循环右移void main()unsi

18、gned char d8=0 x80,0 x40,0 x20,0 x10,0 x08,0 x04,0 x02,0 x01;unsigned char i;i=0; /i=7;while(1)P2=di;delay(DELAY_1S);i+;/i-;if(i=8) /if(i=-1)i=0; /i=7 观察Proteus仿真效果void main()unsigned char d8=0 x80,0 x40,0 x20,0 x10,0 x08,0 x04,0 x02,0 x01;char i;i=7;while(1)P2=di;delay(DELAY_1S);i-;if(i=-1)i=7;问题原因：1、unsigned char i； i是不可能为负的，因此应修改为char i;端口输出控制-位操作方式 注意sbit定义位必须在源程序的上方必须在函数外 该程序的最终执行效果如何？ 显然本例用字节方式输出更方便端口输入检测-字节操作方式void main()while(1)if(P1&0 x01=0)/S0按下/循环左移else if(P1&0 x02=0) /S1按下/循环右移8051输入S0（P1.0）S1（P1.1）有效电平：低电平，即只要判断P1.0、P1.1是否为低电平即可 字节输入方式判断存在的问题：关系运算符（=） 比 位与运算符（&