【ch01】单片机最小系统及其搭建

第1章单片机最小系统及其搭建1.简述单片机最小系统是什么。单片机最小系统也称最小应用系统，是指由最少的元件组成的可工作的单片机系统。AT89S52单片机最小系统主要由下载电路、电源电路、复位电路、时钟电路等部分组成。AT89S52单片机最小系统的电路原理图如图1.1所示。2.简述时钟电路的搭建过程。单片机指令的执行需要用到时钟信号，晶振(晶体振荡器)就是用来为单片机提供基本时钟信号的。时钟频率越高，单片机的运行速度就越快。每个单片机都有它能够接受的最高时钟频率。当一个单片机系统中有多个芯片需要时钟信号时，它们通常共用一个晶振，便于各部分保持同步。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。这里用12MHz的晶振作为振荡源，由于AT89S52单片机内部带有振荡电路，所以外部只需要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般为15~50pF,时钟电路原理图如图1.2所示。具体搭建过程如下所述。在单片机的18(X2)、19(X1)引脚上接一个12MHz的晶振，晶振的两个引脚分别接一个22pF的瓷片电容，再全部接地。单片机右上角的40引脚接电源正极，左下角的20引脚接电源负极，面包板上搭建的时钟电路如图1.3所示。当单片机的31引脚(EA端)接10kQ上拉电阻时，表示单片机执行的是内部存储器程序。3.简述复位电路的搭建过程。复位电路的作用是让单片机的程序重新执行。在上电、断电或者发生故障后都需要复位。复位电平需要持续两个机器周期以上才有效，具体数值可以由复位的RC电路计算出时间常数后确定。AT89S52单片机使用的晶振振荡频率为12MHz，每个机器周期为1μs，因此需要持续2μs以上的高电平才能触发复位。复位电路由上电复位电路和按键复位电路两部分组成。(1)上电复位电路AT89系列单片机都是高电平复位的，通常在复位引脚RESET.上连接-一个电容到Vcc,再连接一个电阻接地，由此形成-一个RC充放电回路，保证单片机在上电时RESET引脚上有足够长的高电平时间，使得单片机能够正常复位。然后RESET引脚回归低电平，单片机进入正常工作状态，利用电容的充电来实现复位，电阻和电容的典型值为10kQ和10pF。复位电路原理图如图1.4所示(注意:R10是必不可少的，有了R10才能组成RC电路)。(2)按键复位电路按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关被按下时，电容放电，RESET引脚被拉到高电平。电容充电时会保持一段时间的高电平，从而使单片机复位。搭建方法:在单片机的复位引脚RESET(9引脚)上外接一个10kQ电阻，电阻的另一端接地;将一个10pF的电容接到单片机的RESET引脚上，电容的另一端接Vcc，复位按键也接到RESET引脚上，另-端接Vcc。要特别注意按键的导通性，即电容与按键并联，再与电阻串联的一端接地，并联电路的另一端接Vcc,三者都接到单片机的RESET引脚上，即可实现上电复位。面包板上复位电路的搭建如图1.5所示。4.简述单片机的内部结构。一个基本的MCS-51子系列单片机通常包括中央处理器(CPU)、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、特殊功能寄存器、定时/计数器、串行口、4个IO端口和中断系统，各部分由内部总线连接起来，从而实现数据通信。本书主要以应用最为广泛的Atmel公司的89系列单片机AT89S52为研究对象进行研究和使用，其内部基本组成框图如图1.14所示。①中央处理器(CPU)。CPU主要由运算器和控制器组成，是单片机的控制核心。其中，运算器包括8位算术逻辑单元(ALU)、8位累加器(ACC)、8位暂存器、寄存器B和程序状态寄存器(PSW)等，用于完成运算功能。控制器包括程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器(ID)和控制电路等，用于完成控制功能。②时钟电路(振荡器和时序OSC)。单片机内部有时钟电路，要实现振荡器和时序功能需外接石英晶体和微调电容，产生时钟脉冲序列，通常振荡频率选择6MHz、12MHz或11.0592MHz。③数据存储器(RAM)。数据存储器(RAM)共256个存储单元，通常使用低128个单元，用于存放可读写数据，高128个单元被专用寄存器占用。④程序存储器(ROM)。程序存储器指BPROM或8KB掩膜ROM,用于存放程序、原始数据和表格，只能读，不能写，掉电后数据不会丢失。下载的程序存储在ROM中。❺2x16位定时/计数器。定时/计数器包含两个16位的定时/计数器，可实现定时或计数功能。⑥中断系统。中断系统包含8个中断源、1个6向量两级中断结构。⑦并行VO端口。并行IO端口有4个8位双向IO端口(PO、P1、P2、P3)，每条T/O线能独立地用于输入或输出。P0端口为三态双向端口，能带8个LSTTL电路。P1、P2、P3端口为准双向端口(在用于输入线时,端口锁存器必须先写入“1”，故称准双向端口)，负载能力为4个LSTTL电路。⑧可编程全双工串口。全双工串口可实现单片机与其他设备之间的串行数据通信。5.简述AT89S52单片机的引脚功能。(1)电源①Vcc:芯片电源端，一般为+5V。②Vss:接地端。(2)I/O端口①P0端口:一个8位漏极开路的双向I/O端口。作为输出端口，每位能驱动8个TL逻辑电平，1表示高电平。P0端口在不具有内部上拉电阻时，被作为低8位地址数据复用。在程序校验时，需要外部上拉电阻。在Flash编程时，P0端口用来接收指令字节;在程序校验时，输出指令字节。②P1端口:一个具有内部上拉电阻的8位双向1/O端口，输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。P1端口各引脚的功能如下。P10-T2:定时/计数器T2的外部计数输入，时钟输出。P11-T2EX:定时/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制。P15-MOSI:在系统编程时用。P16-MISO:在系统编程时用。P17-SCK:在系统编程时用。③P2端口:一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，在对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口的电位拉高，此时可以作为输入端口使用。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2端口输出高8位地址。④P3端口:一个具有内部上拉电阻的8位双向IO端口,P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。P3端口也作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用。在Flash编程和校验时，P3端口也接收一些控制信号。P3端口各引脚的功能如下。P30一RXD:串行数据输入端口。.P31一TXD:串行数据输出端口。P32一INT0:外中断0申请。P33一INT1:外中断1申请。P34一T0:定时/计数器0的外部输入。P35一T1:定时/计数器1的外部输入。P36一WR:外部数据存储器RAM或外部I/O端口写选通。P37一RD:外部数据存储器RAM或外部LO端口读选通。此外，P3端口还接收一些用于Flash闪存编程和程序校验的控制信号。(3)控制线①ALE/PROG:地址锁存允许信号。当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。在一般情况下，由于ALE以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此可以作为对外输出时钟或用于定时。.②PSEN:程序存储允许，即外部程序存储器的读选通信号。当AT89S52由外部程序存储器取指令时，每个机器周期输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器时，将跳过两次PSEN信号。注意:信号字母上标有横线的表示低电平有效。③RESET:复位输入。在振荡工作时，当RESET引脚出现两个机器周期以上的高电平