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1、 Single-Chip microcomputer 单片机最小系统单片计算机概述 所谓单片计算机就是将电子计算机的基本环节如中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时器/计数器和一些输入/输出接口电路、总线等都集成在一块芯片上的微型计算机，简称单片机（Single-Chip Microcomputer，简称SCM）。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统l 中央处理器包括运算器、控制器和寄存器，是单片机的核心。l 存储器是用来存放数据和程序的，在单片机芯片中包含两类存储器：随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。RAM可以被CPU随
2、机读写，但单片机断电后，所保存的信息就会消失，一般用来存放临时数据；ROM中的信息只能被CPU读取，CPU不能对它进行写操作，通常用于存放系统程序和固定的表格数据。ROM中的内容只能通过专用的编程器事先对它写入。l 输入/输出接口是单片机与外部设备连接的桥梁，单片机和外部设备（如键盘、显示器等）之间信息的传送全部都通过输入/输出（I/O）接口来实现。l 总线就是连接各部件信号线的总称，主要是用来传送数据、地址和控制信息。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统8051系列单片机是在Intel公司于上世纪80年代推出的MCS-51系列单片机基础上发展的高性能8位单片机，
3、它在一个芯片内集成了RAM、ROM、16位定时器/计数器、并行I/O口、异步串行口以及其它一些功能部件。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统8051单片机的基本结构如图1-3所示，一个单片机芯片内包括：中央处理器CPU；内部数据存储器RAM；内部程序存储器ROM（有的型号没有）；4个8位并行I/O接口（P0、P1、P2、P3）；23个可编程定时器/计数器；一个可编程串行接口；内部中断具有5个中断源，2个优先级的嵌套中断结构，可实现二级中断嵌套；一个片内振荡器及时钟电路，振荡时钟频率可以高达40MHz。Single-Chip microcomputer 单片机最小系
4、统图1-3 Single-Chip microcomputer 单片机最小系统MCS-51单片机的引脚定义及功能：电源VCC（引脚号40）：芯片电源，接+5V。VSS（引脚号20）：接地端。时钟XTAL1（引脚号19）：内部震荡电路反相放大器的输入端，是外接晶振的一个输入引脚。XTAL2（引脚号18）：内部震荡电路反相放大器的输出端，是外接晶振的另一个输入引脚。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统控制总线ALE/PROG（引脚号30）：地址锁存允许，主要功能是提供一个定时的时钟。EA/VPP（引脚号31）：访问外部存储器控制信号。如果使用内部ROM作为程序存储器，
5、此引脚需接高电平（VCC）；如果使用外部ROM作为程序存储器，则要将此引脚接地。RST/VPD（引脚号9）：复位信号输入端。当系统主电源发生故障，降低到规定的电压以下时，可以通过VPD端为单片机提供备用电源，以保证存储在单片机中的RAM中的信息不会丢失。PSEN(引脚号29)：外部程序存储器ROM读选通信号。当单片机需要从外部ROM读取指令或数据时，此引脚输出低电平信号。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统输入/输出P0.0P0.7（引脚号3239）：双向输入/输出端口。P1.0P1.7（引脚号18）：双向输入/输出端口。P2.0P2.7（引脚号2128）：双向输
6、入/输出端口。P3.0P3.7（引脚号1017）：双向输入/输出端口，当该端口不作为输入/输出端口使用时，每一个引脚也可以有第二功能，如：P3.0/RXD：串行输入口；P3.1/TXD：串行输出口；P3.2/INT0：外部中断0输入口；P3.3/INT1：外部中断1输入口；P3.4/T0：定时器/计数器0外部事件脉冲输入口；P3.5/T1：定时器/计数器1外部事件脉冲输入口；P3.6/WR：写信号；P3.7/RD：读信号；Single-Chip microcomputer 单片机最小系统特别提醒：当选用片内ROM作为程序存储器时，一定要将EA接高电平（+5V）。对于无片内ROM需要使用片外程序
7、存储器的单片机，EA必须接地 Single-Chip microcomputer 单片机最小系统单片机最小系统的构建单片机的最小系统是指单片机能正常工作所必须的基本电路，主要由单片机、复位电路、晶振电路构成，如果采用的是不带内部ROM的单片机，还需要有外部ROM扩展电路。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统n 单片机的选择 由于单片机的种类很多，在选择单片机时要根据实际设计和单片机的价格来选择合适的单片机。n 晶振电路的设计 在设计单片机系统电路时，晶振电路是不可缺少的。在计算机系统中，所有的工作都是在一个节拍（时钟）下同步工作，这样才不会出现冲突。时钟的快慢决定
8、了系统的工作效率，我们通常所说的计算机的主频就是指系统时钟的频率。而在计算机系统中，系统时钟是由晶振电路来提供的，可以说晶振电路是计算机系统的心脏。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统晶振一般分为晶体振荡器和晶体谐振器两种 单片机系统中晶振的使用有两种方式，内部时钟方式和外部时钟方式。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统 Single-Chip microcomputer 单片机最小系统特别提醒在单片机中，晶振电路的设计一定要和单片机靠近，路线尽量短。晶振电路的地一定要和同一时钟的芯片的地共地。在晶振频率的选择上，在满足系统需要的前提
9、下尽可能地选用低频率的晶振，这样可以降低系统功耗，不是选用的频率越高越好。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统单片机以晶振的振荡周期为最小的时序单位，单片机内部的所有操作都以此周期为时序基准。单片机指令的基本执行时间为一个机器周期，一个机器周期由6个状态周期组成，每个状态周期又分成2个振荡周期。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统n 复位及复位电路的设计 在单片机系统中，复位电路是不可缺少的。单片机在正常工作（即执行指令）前，必须要进行复位操作，这样做的目的是将CPU以及系统中其它部件都处于一个明确的初始状态，便于系统启动。要实现复位
10、操作，必须使单片机RESET管脚至少保持2个机器周期以上的高电平即可。在实际系统中，考虑到系统电源电压的上升时间和晶体振荡器的起振时间，为了保证系统能可靠复位，复位信号应该至少维持20ms以上高电平。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统单片机的复位电路有很多种，主要分为上电复位和外部复位两种 上电复位电路 Single-Chip microcomputer 单片机最小系统外部复位电路 Single-Chip microcomputer 单片机最小系统1.3 基于最小系统的功能测试 n 一个简单的发光二极管控制电路的设计 Single-Chip microcompu
11、ter 单片机最小系统n 测试程序的编写#include sbit P0_0=0 x80;void Delay(int Time_ms);/延时子程序 void main(void)P0=0；/P0端口输出低电平 while(1)P0_0=0;/LED灯灭2秒钟 Delay(2000);P0_0=1;/LED灯亮2秒钟 Delay(2000);return;Single-Chip microcomputer 单片机最小系统/*延时程序，输入的参数为毫秒数*/void Delay(int Time_ms)int i;unsigned char j;for(i=0;iTime_ms;i+)for(
12、j=0;j150;j+)Single-Chip microcomputer 单片机最小系统n 设计仿真与分析 需要准备两个单片机系统设计常用的软件，一个是单片机软件开发工具Keil Vision 2，另一个是单片机仿真软件Proteus。应用程序的录入、编译和调试 打开Keil Vision2。在工程项目的选项中，选择New Project Single-Chip microcomputer 单片机最小系统在出现的器件选择对话框,中选择Atmel公司的AT89C51。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统在开发软件界面左侧的目标管理窗口中，移动鼠标在Source G
13、roup处点击右键，点击Add Files to Group，如下图所示。在随后的对话框中，将输入的程序文件添加到项目组中。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统在Project选项中，点击Option for Target Target 1。便会出现如下图所示的对话框。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统在Project菜单中，点击Built Target 或按下F1，开始编译，最后生成和一个C文件名相同的一个.HEX文件。这样程序设计部分就完成了 Single-Chip microcomputer 单片机最小系统 系统仿真 打开Pr
14、oteus，在设计工作界面上，鼠标点击右键，会出现一个对话框，在PlaceComponentFrom Libraries 选项中，根据电路设计分别调出单片机AT89C51、晶振、电阻、电容和发光二极管LED等，并按照所设计的电路图将这些元件连接起来。Single-Chip microcomputer 单片机最小系统双击单片机，则会出现一个元件编辑对话框 在Program File框中添加在Keil Vision2中编译好的.HEX程序。接着就可以用鼠标点击设计工作界面左下角的仿真运行按钮这时就可以看见设计工作界面中的LED灯开始按照程序设计的要求闪烁起来 Single-Chip microcomputer 单片机最小系统 系统电源设计 1.单一的+5V电源 Single-Chip microcomputer 单片机最小系统2.5V电源