第01章基础知识

第1章基础知识1.1信息在计算机中的存储（略）1.2单片机及其特点1.3单片机的发展及主要品种1.4单片机应用1.5单片机系统开发环境简介1.2单片机及其特点1.2.1单片机的基本概念单片机属于微型计算机的一种，是把微型计算机中的微处理器、存储器、I/O接口、定时器/计数器、串行接口、中断系统等电路集成在一块集成电路芯片上形成的微型计算机。因而被称为单片微型计算机，简称为单片机。单片机按照用途可分为通用型和专用型两大类。在单片机使用上注意以下几个相互有相同点也有区别的概念“（1）单板机：早期将CPU、内存、磁盘控制器和串行/并行端口等功能电路板插入一个底板内，构成的微型计算机。（2）单片机（3）多板机：1.2.2单片机的主要特点（1）在存储器结构上，单片机的存储器采用哈佛（Harvard）结构：ROM和RAM是严格分开的。ROM称为程序存储器，只存放程序、固定常数和数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及存放数据。（2）在芯片引脚上，大部份采用分时复用技术。

1.2.2单片机的主要特点（3）在内部资源访问上，通过用特殊功能寄存器（SFR）的形式（如下页）。C语言编程常用特殊功能寄存器名称符号地址位地址与位名称D7D6D5D4D3D2D1D0P0口P080H8786858483828180P1口P190H9796959493929190P2口P2A0HA7A6A5A4A3A2A1A0P3口P3B0HB7B6B5B4B3B2B1B0定时/计数器控制TCON88HTF18FTR18ETF08DTR08CIE18BIT18AIE089IT088定时/计数器方式TMOD89HGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0定时/计数器0低字节TL08AH定时/计数器0高字节TH08BH定时/计数器1低字节TL18CH定时/计数器1高字节TH18DHC语言编程常用特殊功能寄存器名称符号地址位地址与位名称D7D6D5D4D3D2D1D0电源控制PCON97HSMODGF1GF0PDIDL串行口控制SCON98HSM09FSM19ESM09DREN9CTB89BRB89ATI99RI98串行口数据SBUF99H中断允许控制IEA8HEAAFET2ADESACET1ABEX1AAET0A9EX0A9中断优先级控制IPB8HPT2BDPSBCPT1BBPX1BAPT0B9PX0B8C语言编程常用（8052中包括定时器/计数器T2）特殊功能寄存器名称符号地址位地址与位名称D7D6D5D4D3D2D1D0定时/计数器2控制T2CONC8HTF2CFEXF2CERCLKCDTCLKCCEXEN2CBTR2CAC/T2C9CP/RL2C8定时/计数器2重装低字节RLDLCAH定时/计数器2重装高字节RLDHCBH定时/计数器2低字节TL2CCH定时/计数器2高字节TH2CDH仅限汇编编程时涉及特殊功能寄存器名称符号地址位地址与位名称D7D6D5D4D3D2D1D0堆栈指针SP81H数据指针低字节DPL82H数据指针高字节DPH83H程序状态寄存器PSWD0HCD7ACD6F0D5RS1D4RS0D3OVD2D1PD0累加器AE0HE7E6E5E4E3E2E1E0寄存器BBF0HF7F6F5F4F3F2F1F01.2.2单片机的主要特点（4）在指令系统上，采用面向控制的指令系统。（5）内部一般都集成一个全双工的串行接口。（6）单片机有很强的外部扩展能力。1.3单片机发展及其主要品种1.3.14位单片机1.3.28位单片机1.3.316位单片机1.3.432位单片机在1978年以前各厂家生产的8位单片机，由于集成度的限制，一般都没有串行接口，只提供小范围的寻址空间（小于8KB），性能相对较低，称为低档8位单片机。在1978年以后，集成电路水平提高，出现了一些高性能的8位单片机，它们的寻址能力达到了64KB，片内集成了4-8KB的ROM，片内除了带并行I/O口外，还有串行I/O接口，甚至有些还集成A/D转换器。这类单片机称为高档8位单片机。1.4单片机的应用1.4.1单机应用（1）工业自动化控制。（2）智能仪器仪表。（3）计算机外部设备和智能接口（4）家用电器。1.4.2多机应用：主要应用于大型自动控制系统1.4.3单片机的等级（1）民用级或商用级。温度适应能力在0C~70C，适用于机房和一般的办公环境。（2）工业级。温度适应能力在-40C~85C，适用于工厂和工业控制中，对环境的适应能力较强。（3）军用级。温度适应能力在-65C~125C，运用于环境条件苛刻，温度变化很大的野外。主要用在军事上。图1.3单片机选型市场调查单片机系列STC/宏晶科技

8051单片机全球第一品牌

中国大陆本土MCU领航者1.5单片机系统开发环境简介KeilC51集成环境（详见教材最后一章）要求熟练使用该环境Protel工具简介要求了解电路板绘制和制作的基本步骤了解并掌握原理图阅读与分析了解PCB图的基本知识，能够阅读并分析PCB图PCB板简介无论我们打开哪种电器设备，都会看到形形色色的电路板也称PCB板PCB（PrintedCircuitBoard）中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。以绝缘板为基材，切成一定尺寸，其上至少附有一个导电图形，并布有孔（如元件孔、紧固孔、金属化孔等），并实现电子元器件之间的相互连接。

由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。根据电路层数可分为单面板、双面板和多层板。常见的多层板一般为4层板或6层板，复杂的多层板可达十几层。

在印制电路板出现之前，电子元器件之间的互连都是依靠电线直接连接实现的（见下页）。而现在，电路面板只是作为有效的实验工具而存在；印刷电路板在电子工业中已经占据了绝对统治的地位。与下一页比较PCB板简介课上所使用的电路板是双面板（Double-SidedBoards）

这种电路板的两面都有布线，不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的“桥梁”叫做导孔（via）。导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相交错（可以绕到另一面），它更适合用在比单面板更复杂的电路上。PCB板基本组成线路与图面(Pattern):线路是做为原件之间导通的工具，在设计上会另外设计大铜面作为接地及电源层。线路与图面是同时做出的。介电层(Dielectric):用来保持线路及各层之间的绝缘性，俗称为基材孔(Throughhole/via):导通孔可使两层次以上的线路彼此导通，较大的导通孔则做为零件插件用，另外有非导通孔(nPTH)通常用来作为表面贴装定位，组装时固定螺丝用防焊油墨(Solderresistant/SolderMask):并非全部的铜面都要吃锡上零件，因此非吃锡的区域，会印一层隔绝铜面吃锡的物质(通常为环氧树脂)，避免非吃锡的线路间短路。根据不同的工艺，分为绿油、红油、蓝油。丝印（Legend/Marking/Silkscreen):此为非必要之构成，主要的功能是在电路板上标注各零件的名称、位置框，方便组装后维修及辨识用。表面处理(SurfaceFinish):由于铜面在一般环境中，很容易氧化，导致无法上锡(焊锡性不良)，因此会在要吃锡的铜面上进行保护。保护的方式有喷锡(HASL)，化金(ENIG)，化银(ImmersionSilver)，化锡(ImmersionTin)，有机保焊剂(OSP)，方法各有优缺点，统称为表面处理。PCB板简介覆铜箔层压板是制作印制电路板的基板材料。它用作支撑各种元器件，并能实现它们之间的电气连接或电绝缘在电路板表面可以看到的细小线路材料是铜箔，这些线路被称作导线，并用来提供PCB上零件的电路连接。通常PCB的颜色都是绿色或是棕色，这是阻焊漆（soldermask）的颜色。是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上还会印刷上一层丝印层，通常在这上面会印上白色的文字与符号，以标示出各零件在板子上的位置。为了将零件固定在PCB上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上．双层板中，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面．这么一来我们就需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面，所以零件的接脚是焊在另一面上的．因为如此，PCB的正反面分别被称为零件面与焊接面．PCB制作过程原理图PCB图利用Protel软件完成PCB加工工厂Protel是什么，为什么学习它？许多公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。

Protel是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件。

它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它。成于大气信达天下Protel99的文件类型文档扩展名类型说明.bk*自动备份文件.ddb设计数据库文件.lib元件库文件.net网络表文件.pcb印制电路板文件.pld可编程逻辑器件描述文件.prj项目文件.rep报告文件.sch原理图文件.txt文本文件电路板设计的基本步骤1原理图的设计2产生网络表3印制电路板（PCB）的设计一个简单的单片机系统原理图绘制原理图过程简介找元件（定义属性）布局：元器件的安放连线：将有电气连接关系的引脚连接到一起放置网络标号等：若两个引脚具有相同的网络标号，表明其相连。原理图简介电路原理图电路原理图的定义:

通过电路元件符号绘制的电子元件连线走向图，它详细的描绘了各个元件的连线和走向，各个引脚的说明，和一些检测数据。功能：由于它直接体现了电子电路的结构和工作原理，所以一般用在设计、分析电路中。分析电路时，通过识别图纸上所画的各种电路元件符号，以及它们之间的连接方式，就可以了解电路的实际工作时是否正常，或有可能出现的问题或情况。

原理图符号的概念：用符号表示元器件，常用的元器件如电阻、电容、按键等有通用的符号。有意义的不是原理图符号的形状样式，而是它的引脚号与引脚功能元器件引脚：代表着实际元器件的电器分布关系，主要包含具有电气特性特点的示意图形、引脚名称和引脚序号3个部分。元器件引脚的名称通常用来标注引脚的电气功能，而元器件引脚序号与与器件的焊盘序号对应，它是联系原理图编辑器和PCB编辑器的桥梁。51单片机网络标号总线晶振按键电阻发光二极管Usb接口电解电容电容引脚电源符号地网络表从电路原理图生成网络表网络表包含两方面信息元器件的封装：元器件的形状、大小、引脚排列、焊盘形状等元器件之间的电气连接关系：如一个元器件的某个引脚与哪个元器件的哪个引脚具有电气连接关系网络表需要被导入PCB图中，为PCB图的绘制提供依据PCB图PCB图：是电路板的映射图纸，它详细描绘了电路板的走线，元件的位置等。可粗略的这样理解：PCB图绘制的是胶片，而PCB板是根据胶片冲洗出的照片元器件封装：指元器件焊接到电路板时所指示的外观和焊点的位置。不同的元器件可共用同一个封装，同种元器件也可以有不同的封装该紫色线为电路板边线该黄色字为丝印层（电路板上为白色）该蓝色线为焊接面上的铜箔导线该红色线为零件面的铜箔导线LED的封装LED的一个引脚焊盘为了能够正、反面走线而设置的过孔PCB板上孔的分类过孔：也称连接孔。过孔均为金属化孔，主要用于不同层间的电气连接

过孔PCB板上孔的分类焊盘：焊盘是装焊元器件的地方，焊盘中心为元器件的引脚插孔，其孔径应比所焊接的元器件引脚的直径略大一些，以便于插装元器件焊盘PCB板上孔的分类安装孔：于大型元器件和印制板的固定安装孔正确的焊接步骤正确的焊接步骤错误的焊接问题：焊锡没有流至引脚，只是堆在表面，构成虚焊，造成电路不通的错误解决：重新加热，再次融化焊锡，使之充满焊盘元器件焊接顺序先难后易，先低后高，先贴片后插装。宗旨：焊接方便，节省时间。先焊接难度大的，这主要是指管脚密集的贴片式集成芯片先低后高，先贴片后插装。这样焊接起来方便。如先把高的元件焊接了，有可能妨碍其他元件的焊接，尤其是高大的元件密集众多的时候。如果先焊接插装的元件，电路板就会在焊台上放不平，影响焊接焊接几点说明电烙铁使用：由于电烙铁久未使用，会造成电烙铁头不吃锡的情况出现，此时可以用裁纸刀或砂纸打磨焊接时，焊接时间不要太长，免得把元件烫坏，但亦不要太短，造成假焊或虚焊。焊接结束后，用镊子夹住被焊元件适当用力拉拨一下，检查元件是否被焊牢。如果发现有松动现象，必须重新进行焊接。焊接时，要将烙铁头的刃口接触焊点与元件引线，使流动的焊锡布满焊点并渗入被焊物的缝隙，接触时间大约在3-5秒左右，然后拿开电烙铁。拿开电烙铁的时间，方向和速度，决定了焊接的质量与外观的正确的方法是，在将要离开焊点时，快速的将电烙铁往回带一下，后迅速离开焊点，这样焊出的焊点既光亮，圆滑，又不出毛刺。若经程序测试，未能见应有执行效果，一方面可能连线有错误，另一方面可能焊接有问题，出现虚焊现象，如果是后者，则需要把可能存在问题的焊点重新用