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1、（中职）单片机技术应用项目教程项目一任务一电子课件汽车运用与维修专业单片机应用技术项目一初识芯片 制作单片机最小系统本项目将制作一个单片机最小系统电路，并使用该最小系统电路控制一个发光二极管的亮灭，通过本项目的学习，了解单片机最小系统及单片机的内部结构，初步掌握单片机应用系统的调试方法。项目描述制作一个51系列单片机最小系统电路，加电测试。任务一唤醒芯片制作单片机最小系统1.51系列单片机内部结构和引脚2.单片机最小系统的组成知识准备任务实施1）认识51系列单片机，了解其内部结构和信号引脚2）掌握单片机最小系统的组成，了解各元器件的作用知识目标1）能用万能实验板搭建电路2）会用万用表和示波器等
2、仪器仪表测试电路技能目标一、什么是单片机？单片机是“单片微型计算机”（SingleChipMicrocomputer)的简称，属于微型计算机的一个分支，如图1-8所示，它是一块集成电路芯片，其内部基本部件有CPU(运算器、控制器)、存储器、输入和输出接口电路，因为缺少了输入和输出设备，所以单片机并不是真正意义上的计算机。因为单片机在控制方面具有重要的作用，所以又被称为“微型控制器”（MicrocontrollerUnit,MCU）。目前单片机主要有以下三种封装形式：PDIP（双列直插塑料封装）、PLCC（带引线的塑料芯片载体）和PQFP（方型扁平塑料封装），在实验阶段通常使用PDIP或PLCC
3、封装，这两种封装的芯片可以插在对应的芯片插座上，便于更换。图1-9所示为单片机的封装外形图。PDIP封装 PQFP封装 PLCC封装 图1-9 单片机常见封装形式单片机广泛应用在我们日常生活的各个领域，家用电器是单片机应用最多的领域之一。如：手机中有既有32位的单片机。电话中常见8位单片机，电视遥控器中有4位或者8位的单片机，DVD中多数是32位单片机，MP4中多数是16-32位单片机。其他诸如空调、洗衣机、微波炉、冰箱、热水器、电子称、电子表、计算器、收音机、鼠标、键盘、电动自行车、汽车钥匙、可视门禁、公交车报站器、公交车刷卡器、红绿灯控制器等，在国外发达国家，一个家庭所拥有的单片机数量平均
4、到100-120颗。单片机具有体积小，使用灵活、成本低、易于产品化、抗干扰能力强，可在各种恶劣环境下可靠地工作等特点。特别是它应用面广，控制能力强，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了广泛的应用。151系列单片机内部结构（如图1-10所示）图1-10 单片机内部结构(1)中央处理器（CPU）CPU是单片机内部的核心部件，是一个8位的中央处理单元，主要由运算器和控制器组成。运算器是用来完成算术运算和逻辑运算功能，它是51系列单片机内部处理各种信息的主要部件。控制器主要任务是识别指令，并根据指令的要求控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部件能高效而协调地工作
5、。(2)存储器 51系列单片机内部有两种存储器：只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。ROM用于存放程序和程序运算中不能改变的数据，因此又被称为程序存储器，断电后数据不会丢失。RAM用于暂存程序运行时的结果，又被称为数据存储器，可读可写，断电后数据丢失。(3)并行I/O口 51系列单片机对外部进行信息交换，包括数据采集和控制输出都是通过I/O口进行的，其内部共有4个8位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入输出。(4)串行I/O口 51系列单片机内部有一个全双工异步串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用
6、，也可作为同步移位器使用。(5)定时器/计数器 51系列单片机内部有两个16位的定时器/计数器，可以实现定时或计数功能。(6)中断系统 单片机中断是指CUP暂停正在执行的程序转而执行中断服务程序，在执行完中断服务程序后再回到原程序断点处继续执行的过程。51系列单片机内部有5个中断源，即外部中断两个、定时/计数器中断两个、串行中断一个。中断分为高级和低级两个优先级。(7)时钟电路 51系列单片机内部设有时钟电路，只需要外接石英晶体和电容即可。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。2.引脚及其功能 PDIP封装的51系列单片机共有40个引脚，如图1-11所示引脚可分为I/O端口、电源、控制、外接晶体四
7、部分。图1-11 51系列(PDIP)单片机的引脚示意图(1)I/O端口 51系列单片机共有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0P3，共有32根接口线。(2)电源端（20引脚和40引脚）VCC接+5 V直流稳压电源，VSS是接地端。图1-11 51系列(PDIP)单片机的引脚示意图 (3)外接晶体端（18和19引脚）XTAL1：片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作的输入端。采用内部振荡器时，它接外部石英晶体和微调电容的一个引脚。XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端，接外部石英晶体和微调电容的另一端。采用外部振荡器时，该引脚悬空。(4)控制线 51系列单片机的控制线有以下几种；R
8、ST（9脚）：复位信号输入端 ALE（30脚）：地址锁存允许信号 （29脚）：程序存储器允许输出控制端。（31脚）：内外程序存储器选择控制端。图1-11 51系列(PDIP)单片机的引脚示意图51系列单片机的存储空间主要由以下4部分构成:片内RAM(IDATA)、片外RAM(XDATA)、片内和片外ROM(合称为CODE)。1.片内RAM(IDATA)51系列单片机片内RAM共有256个单元，通常按功能分为低128个单元和高128个单元，低128个单元地址为00H-7FH，高128个单元地址为80H-FFH。(1)低128个单元(DATA区)片内RAM低128个单元是单片机内部真正的RAM存储
9、器，用于存放程序执行时的各种变量和临时数据。表1-4中给出了该存储区的配置情况。片内RAM地址空间片内RAM功能划分片内RAM地址空间片内RAM功能划分00H-07H第0组工作寄存器18H-1FH第3组工作寄存器08H-0FH第1组工作寄存器20H-2FH位寻址区10H-17H第2组工作寄存器30H-7FH普通RAM区(堆栈、数据缓冲区)表1-4 51系列片内RAM低128个单元地址空间分配(2)高128个单元(SFR区)51系列单片机中的CPU对各种功能部件的控制采用特殊功能寄存器(Special FunctionRegister，SFR)进行集中控制的方式。SFR实质上是一些具有特殊功能的
10、片内RAM单元，字节地址为80H-FFH，SFR总数为21个，离散地分布在该区域，其中有些SFR可以进行位寻址。SFR在80H-FFH中的分布见附录1。活动一：结合知识链接，识读电路原理图图1-4 单片机最小系统电路原理图 单片机最小系统是指单片机能够启动，并进行正常工作的最基本硬件条件。图1-4为单片机最小系统电路，它包括复位和时钟两部分电路。1.1.复位电路复位电路单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控或工作中程序处于某种死循环状态等情况下都需要复位。复位电路的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。51系列单片机的复位电路一般有上电复
11、位、手动复位两种电路，如图1-5所示。活动一：结合知识链接，识读电路原理图 1.1.复位电路复位电路 图1-5a为上电复位电路，它是利用电容充电来实现复位的。在加电瞬间，单片机RST端的电位与VCC相同，随着充电电流的减小，单片机RST端的电位逐渐下降。只要保证RST端高电平的持续时间大于两个机器周期，单片机便能正常复位。活动一：结合知识链接，识读电路原理图图1-5(a)上电复位电路 1.1.复位电路复位电路 图1-5b为按键复位电路。该电路除具有上电复位功能外，若要手动复位，只需按图中的RST复位按键，在单片机的RST端将产生一个高电平复位信号。活动一：结合知识链接，识读电路原理图图1-5(
12、b)手动复位电路 2.时钟电路 （1）时钟信号的产生 51系列单片机内部有一个用于构成晶体振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接1个12MHz石英晶体振荡器和2个30PF瓷片电容，就构成一个稳定的自激振荡器。晶振通常选择6MHz、11.0592MHz、12MHz，电容一般选择30pF左右。（2）时序 时钟周期：时钟周期是单片机的基本时间单位。在51系列单片机里把一个时钟周期又定义为一个节拍，若晶体振荡器的频率为fosc,则时钟周期T=1/fosc。机器周期：CPU完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。在51系列单片机
13、中每12个时钟周期为一个机器周期，即Tcy=12/fosc。若晶振频率为12MHz，则机器周期为12/12 MHz，即1us。指令周期：单片机执行一条指令所占用的全部时间，一个指令周期通常需要14个机器周期。活动二：焊接与装配硬件电路图1-6 最小系统电路实物图活动三：用万用表和示波器测试电路 通电之前先用万用表的电阻挡检查各种电源线与地线之间是否短路，要特别注意不能将单片机插反。然后在VCC与GND两端加+5V直流稳压电源，进行测试。(1)用万用表的直流电压挡测量各引脚的电压值，并将测得数值填入表1-2。(2)用示波器测量51单片机19脚波形。绘制其波形，并计算其频率和周期，填入表1-3。【拓展任务】用示波器测30脚(ALE)的输出波形，计算该信号的频率和周期。如图1-7所示为31脚测得的正常波形，其频率为时钟频率的1/6。图1-7 30脚(ALE)正常波形感谢聆听感谢聆听