课题1单片机最小系统的制作

课题一单片机实验电路板的制作知识点：1、熟练掌握AT89S51单片机的各引脚功能；2、熟悉AT89S51的PDIP40、TQFP44和PLCC44三种封装形式及其应用；3、掌握用AT89S51构成的单片机最小系统及各部分电路的功能；4、掌握AT89S51基本外围电路的组成和电路的功能5、熟悉下载线的作用和使用方法；6、能认识AT89S51单片机、晶体振荡器、锁存器74HC573、MAX232芯片、RS－232串口端、排阻等元件；7、了解AT89S51的基本性能；8、了解单片机的用途。技能点：1、会正确插装电路元件；2、能优质焊接电路元件；3、会正确使用压线钳，良好压加接连接线和下载线的线端金属插头；4、会检验电路板制作质量。如图１－１所示为单片机实验电路板，它由单片机的最小系统和基本外围扩展电路组成，能够完成LED显示、七段数码动态显示、单键输入、矩阵键盘输入、外部中断、串口中断（与PC通信）等相关性实验演示。通过电路板的插接口，外接模数与数模转换电路板、点阵显示电路板和其它控制电路板，可实现各种单片机控制功能。本课题通过制作单片机实验电路板，让学生认识单片机AT89S51，熟知各引脚功能；了解最小系统的组成及各部分的功能部；了解单片机最小系统的外围扩展电路及其功能。若学校已有单片机实验箱或实验台的情况下，鉴于部分实验箱（台）虽采用了MCS-51系列单片机，但外围电路采用了8279、8155、8255等集成电路，则在介绍本课题单片机基本电路之后，利用组装学时，介绍实验箱（台）的外部电路及实验的硬件使用方法。因过去实验箱（台）采用的MCS-51系列单片机不具有在线编程功能，外围电路较复杂，制作电路成本高，已缺乏实用性，所以本书介绍的AT89S51是当前最流行的、具有在线编程功能、完全兼容MCS-51系列单片机，制作电路成本低等优点。建议增加一块教材提供的实验板，或自己设计一块AT89S51为核心的实验电路板，将二者结合用于教学中，能收到更好的教学效果。图1-1单片机实验电路板任务目标1、认识单片机AT89S51，熟知各引脚功能。2、了解最小系统的组成及各部分的功能部。3、了解单片机最小系统的外围扩展电路及其功能。4、能正确安装单片机实验电路。5、会使用压线钳制作连接接线和下载线。任务分析图1-1所示单片机实验电路板是将本书所介绍的单片机主要电路制作在成一块印制电路板上，在实验电路板上能完成各种基本单片机实验和设计。主要电路在印制电路板上的位置如图1-２所示。1-２电路中主要元件在电路板上的位置相关知识一、单片机最小系统的组成能让单片机工作起来的一个最简单的工作系统由单片机AT89S51、外接晶体振荡电路和复位电路组成。为了让单片机完成一定工作任务，在单片机最小系统的基础上外接相关的工作电路。单片机最小系统的组成电路如图1-3所示。电路中还包括了程序下载接入电路。显示电路四位数码管四位数码管电源电路串口电路键盘电路连接插座端口插座AT89S51振荡电路复位电路下载线插座图1-3最小系统电路图任务一认识单片机的最小系统（一）AT89S51单片机AT89S51单片机的外型如图1-4所示。什么是单片机？单片机就是在一块硅片上集成了中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM、EEPROM、FlashMemory）和输入、输出接口（并行I/O，串行接口）、振荡电路、计数器等电路的一块集成电路，这样一块集成电路具有一台计算机的功能，因而被称为单片微型计算机，简称单片机（MCU）。单片机可分为通用型和专用型，种类繁多，本书介绍具有典型代表的MCS-51系列单片机，它是一种能处理8位数据的通用型单片机。并以Atmel公司生产的具有CMOS工艺、低功耗、高性能的AT89S51为例，介绍其工作原理、控制程序的编写及开发应用。AT89S51是一个高性能CMOS8位单片机，芯片内集成了通用8位中央处理器，片内含4kBytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器(ROM),支持ISP(In-systemprogrammable)功能，还有128bytes的随机存取数据存储器（RAM），5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。AT89S51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）口。该芯片还具有PDIP40、TQFP44和PLCC44三种封装形式，以适应不同产品的需求。外型和封装形式如图1-4所示从外观上看单片机就是一块集成电路，它与在模拟电路和数字电路中学习过的集成电路电路最主要的区别是：普通集成电路电路的引脚功能基本上固定的，而单片机的一些引脚的123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Jul-2006SheetofFile:G:\桌面\634561787\120元\20060722\1\单片机最小系统1.DdbDrawnBy:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20U1AT89S51晶振11.0592MHzC620pC720pX1X2R210KC14.7uS17ReSetReSetP1.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6ALE123456J13CON6D00D01D02D03D04D05D06D07P30P31P32P33P34P35P36P37P20P21P22P23P24P25P26P27P1.5P1.6P1.7VCCVCC下载线插座复位按钮VCC123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Jul-2006SheetofFile:G:\桌面\634561787\120元\20060722\1\单片机最小系统1.DdbDrawnBy:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40GND20U1AT89S51晶振11.0592MHzC620pC720pX1X2R210KC14.7uS17ReSetReSetP1.7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6ALE123456J13CON6D00D01D02D03D04D05D06D07P30P31P32P33P34P35P36P37P20P21P22P23P24P25P26P27P1.5P1.6P1.7VCCVCC下载线插座复位按钮VCC图1-５AT89S51引脚图功能是可以通过编程进行控制，一些引脚既可作输入又可作输出。单片机广泛用于工业控制、智能仪器仪表、计算机设备及网络、通信领域、家用电器、医用设备、军用设备等各个方面。在设计相关的硬件电路的基础上，还要设计相应的控制软件，才能使整个电路按照设计要求自动地进行工作。本书介绍以单片机为核心，完成实现各种控制电路的硬件和软件设计。图1-４AT89S51的外型如图１．AT89S51单片机引脚功能AT89S51单片机引脚排列如图1-5所示。（１）AT89S51单片机的四个端口AT89S51共有四个端口，分别命名为P0、P1、P2和P3，每个端口都有八条引脚。PORT0（P0.0～P0.7）：端口0由39～32引脚组成，共8个位，分别用P0.0～P0.7表示，P0.0（39脚）表示位0，P0.1（38脚）表示位1，依此类推P0.7（32脚）表示位7。P0口是一个内部漏极开路（OpenDrain）的双向输入/输出端口。P0在做I/O用时可以驱动8个TTL门电路。P0口既可作数据输入/输出及数据总线（D0～D7），也可作地址输出即作地址总线（A0～A7）。设计者外加锁存器将P0端口送出的低位地址锁存作为A0～A7，再配合端口P2所送出的A8～A15合成完整的16位地址总线，从而实现寻址64K的外部存储器空间。PORT1（P1.0～P1.7）：端口P1由1脚～8脚组成，也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以驱动4个TTL门电路。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P1口的第二功能：P1.5：MOSI（用于ISP编程，主出从入数据端）。P1.6：MISO（用于ISP编程，主入从出数据端）。P1.7：SCK（用于ISP编程，串行时钟输入端）。注意：8052或是8032的P1口的第二功能是P1.0做定时器2的外部脉冲输入端，而P1.1是T2EX功能，做外部中断触信号的发输入端。PORT2（P2.0～P2.7）：端口2由21脚～28脚组成，是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以驱动4个TTL门电路。P2除了做一般I/O端口使用外，若是在8051扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8～A15。可见，P2口既可作普通端口使用，还可作地址总线口输出地址高八位（A8～A15）。另外，在Flash编程和程序校验期间，AT89S51的P2口接收高8位地址。PORT3（P3.0～P3.7）：端口3由10脚～17脚组成，也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以驱动4个TTL门电路。同时每个引脚都还有其他的额外特殊功能（第二功能），各引脚第二功能作用如下：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR；外部数据存储器的写选通信号，WR=0选通。P3.7：RD，外部数据存储器的读取选通信号，RD=0选通。可以看出，P3口是一个多用途端口，既可作普通I/O端口，又可按每位第二功能定义进行操作。使用中还需要特别注意的是：P0~P3口各引脚作输入端时，必须先对该引脚置1，然后再执行外部数据读入操作。（２）其他控制引脚：①PSEN（29脚）：该引脚是外部程序存储器的读选通信号输出端，低电平有效。当AT89S51由外部程序存储器取指令或常数时，每个机器周期PSEN两次有效，即输出两个脉冲。但访问外部数据存储器时，将不会有脉冲输出。②ALE/PROG（30脚）：访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出脉冲用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的1/6)。在访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程时，这个引脚用于输入编程脉冲PROG。③EA/Vpp（31脚）：内部和外部存储器选择控制端。当EA=0时，CPU访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH）。当EA=1时，CPU访问内部程序存储器（地址为0000H-0FFFH）和外部程序存储器（地址为1000H-FFFFH）。在对Flash编程时，该引脚外接12伏编程电压Vpp。④RST（9脚）：复位输入端。振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上的高电平将合单片机复。使RST=1时，单片机内部复位为初始状态。⑤XTL2（18脚）、XTL1（19脚）使用内部振荡器时，用来外接石英晶体和电容。使用外部时钟时，XTL1用来输入外部时钟脉冲，XTL2脚接地。⑥VCC（40脚）：电源正极。⑦GND（20脚）：接地端。