第一讲51单片机最小系统

1第一讲：51单片机最小系统郧阳师专电工电子实验教学中心艾庆生本讲内容以中心网站发布的“单片机最小系统图片”为例进行讲解。1．为什么要讲单片机最小系统图1（51芯片＋晶振＋复位）＝最小系统单片机芯片晶振电路自动复位和手工复位电路2因为单片机的应用领域极为广泛，以单片机为核心的电路千奇百怪，而单片机最小系统是最基本的、也是小的不能再省略掉任何部分的系统了。尽管这样小了，但只要掌握它，就能设计出丰富多彩的电路来。2．什么是单片机最小系统很简单，单片机最小系统就是一块单片机芯片＋晶振电路＋复位电路，如图1所示：（注：早期的单片机最小系统由于单片机芯片内部没有ROM，需外扩程序存储器，故还有地址锁存器74HC373和存储器62256，以及地址译码器74HC138等）。3．实际的单片机最小系统电路以上单片机电路当然可以工作了，只是用起来不太方便，缺乏输出指示电路和简单输入电路，所以，一般的单片机最小系统都再配置一些附属电路，如将单片机I/O引脚引出的插排（以备以后电路扩展之需）、发光二极管、数码管、按键等电路，这样，该最小系统就“五脏具全”了，在它上面，可做不少的基本实验，以迅速提高编程能力，同时，它也是一个“工作母机”，为以后的电路扩展、开发等创造了条件。3．单片机最小系统各电路简介图251单片机I/O引脚引出插排和上拉电阻排图2的J1为单片机P1口和P3口的引出插排，J2为单片机P0口和P2口的引出插排（J1和J2是以后用单片机控制其它电路时的必经之路，尤其是电子大赛时更离不开它）；RP0～RP3分别为4个口的上拉电阻排；JMP4为跳线插排，默认是1、2脚短接，程序从芯片内部的ROM里读取，若以后外扩3ROM及想从外部的ROM执行程序的话，就将短路帽短路2、3脚即可。P1和P3口接的16只发光二极管，除配合RP1和RP3起上拉作用外，还可做发光管实验（如流水灯实验）。图3为最小系统的输出指示电路，主要由两部份组成：数码管显示电路和发光管显示电路，以后绝大部分实验的结果都将会由它们显示出来，供你判断正确与否。图3输出指示电路（数码管和发光二极管显示电路）由图3可看出，该电路用到了单片机的P0口和P2口，P0口经芯片U4（74LS244）驱动后送发光管的阳极和数码管的段选口，JMP3跳线插排的默认位置是2、3脚短接，U4使能；若将1、2脚短接，则U4不使能；P2口通过8只PNP型三极管与数码管的位选口相连，加大拉电流的能力（数码管是共阴极的，型号是TOF－3461AH）；跳线JMP2可选择接地，1、2脚短接则将8只三极管的集电极接地，可做数码管实验，2、3脚短接则将发光管的阴极接地，可做发光管的实验。当然，若U4不使能，发光管和数码管都不会显示。图4为按键输入电路，占用单片机的8根I/O线（P1.0～P1.3、P3.0～P3.3），组成一个4×4的按键矩阵，为以后向单片机输入数据或命令提供了方便。大家也可看出，图3的输出指示电路和图4的按键输入电路都较为简单，这正是单片机的特点，和微型机丰富的输入输出器件形成对照。大家在以后的学习中会体会到，通过对各位按键的不同定义、以及采用灵活的编程技术，可以向单片机输入多种多样的信息，实现人机对话。4图4按键电路为了以后学习简单按键输入技术以及外部中断扩展技术的方便，在本最小系统里另外设计了4个按键，如图5所示，若短路JMP1的1、2脚，可扩展外部中断；若断开1、2脚，可做简单按键输入的实验。图5简单按键输入及外部中断扩展下边说一说本最小系统的电源电路，还是别具一格的，如图6所示。大家可看出，跳线排插JMP0是输入电源选择的必经之地，为方便大家做实验，当坐在5计算机跟前时，可用USB连接线直接从电脑取5V直流电，这时只需将短路帽短路2、3脚，这也是以后大家做实验时主要的取电方法；也可另外用大于5V、小于12V的交、直流电源从电源插座JZ1输入电源，当然短路帽此时需短路1、2脚。图6电源电路以上就是单片机实际的最小系统了，在这个最小系统上，单片机的学习可以起步，大家可以积累起丰富的编程经验，当你不满足这个最小系统时，恭喜你，你已经可以算初级工程师啦，当然，单片机这门课的考试，你已经不在话下了。剩下的事情就是用这套最小系统，开始考虑怎样开发各种各样的实用电路的问题。也许同学们已经注意到，我们给大家提供的这套最小系统电路板里，还有一些电路没给大家介绍，如由集成电路芯片U3（MAX3232）构成的通讯电路，由芯片U4（PCF8563T）和U5（24LC00）构成的I2C串行通信电路等（如图7和图86所示），这些严格说已不属于最小系统了，只是想尽可能多的把一些非常实用的电路放进来，方便大家的学习和实验。很遗憾，我们仍无法、也不允许把另外的许多电路容纳进来，如存储器电路、D/A、A/D转换电路、LCD液晶显示电路、LED矩阵显示电路、直流电机电路、步进电机电路、看门狗电路等，好在我们实验室有专门的实验箱，等大家入门后，这些专门的实验可在实验箱里做。补充说一句，U3构成的通讯电路，除可以做单片机和PC机的通讯实验外，也是我们以后做实验下载程序到单片机的重要通道（除用烧片机下载程序外）。图7单片机串口通讯电路图8I2C及蜂鸣器电路