项目单片机实验板制作

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1、项目4、单片机实验板制作主讲：陈振军教学内容任务1：单片机的应用及功能介绍任务2：单片机实验板的设计任务3：单片机实验板的焊接及调试任务1：单片机的应用及功能介绍一、单片机的概念由CPU、存储器、定时/计数器、并行输入/输 出接口电路、中断控制器等大规模IC芯片安 置在一个电路板上，加上键盘、显示器等构 成了微型计算机的硬件部分。1、微型计算机2、单片机n将微型计算机系统所用的大多数IC芯片 集成到一个芯片中。可以认为，单片机 就是将微型计算机的CPU、存储器、I/O 端口、中断控制器等全部做在一个芯片 中去。3、微型机与单片机在硬件结构上比较微型计算机 单片机数据RAMCPU并行I/O程序R

2、OM定时/计数器串型端口中断控制器扩展I/O端口系统总线（DB、AB、CB）微型计算机的组成框图 （由多个IC芯片组装在一个主电路板上）MCS-51单片机所有单元都组装 在一个IC芯片上4、单片机的应用目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找 到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上 各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自 动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统；录像机、摄像机、全 自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些 都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能 仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因

3、此，单片机的学 习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 二、MCS-51系列单片机介绍型号 片内ROM片内RAMI/O口线备 注8031无128B+SFR84DIP 40脚8051掩膜4KB128B+SFR84DIP 40脚8751EPROM 4KB128B+SFR84DIP 40脚89C51FLASH 4KB128B+SFR84DIP 40脚89C2051FLASH 2KB128B+SFR15简化DIP 20脚8XC528K256B+SFR86增强多功能型1、MCS-51系列芯片2、 MCS-51单片机内部方框图时钟电路4KROM 程序存储器256BRAM 数据存储

4、器2X16位 定时/计数器CPU 处理器64KB总线 扩展控制器可编程I/O 端口P0-P3可编程 串行口3、51单片机的性能和特点内部程序存储器ROM ( 以89C51为例 )：4K的存储容量；内部数据存储器RAM：256B(128B的RAM+21B的SFR) ；寄存器区：设有4个寄存器区，每一个区有R0-R7八个工作 寄存器；8位并行输入输出端口：P0、P1、P2和P3；定时/计数器：2个16位的定时/计数器；串型口： 全双工的端口（RXD：接收端，TXD发送端）；中断系统：设有5个中断源；系统扩展能力：可外接64K的 ROM 和64K的 RAM；三、51单片机的引脚功能1、MCS-51单

5、片机的引脚定义主电源引脚 :Vcc(+5V- 40脚)和Vss(GND 20脚);外接晶体引脚：XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚），只要在这 两脚之间接入一个晶体震荡器，单片机就可以以此晶体的频 率开始工作。常用的晶体频率有0-24M，频率越高，单片机 的工作速度就越快，但单片机的功耗就要增加。控制或与电源复用引脚：RST/Vpd、ALE/PROG、PSEN和VddRST/Vpd（9脚）：在系统上电震荡器开始工作时， 在内部 加在此引脚上有一个两个时钟周期的高电平使单片机复位。 但为了使系统复位可靠，建议外加 一个上电复位电路，延 长复位的时间。当单片机掉点时，此引脚可以接入备用电源

6、向单片机内部的RAM供电，以防止RAM中的数据丢失。 ALE/PROG（30脚）：以一个不变的频率（系统时钟 fosc/6 )周期性输出正脉。 当单片机使用外部存储器时 ，此信号可作为低八位地址的锁存信号。 对于EPROM型的 单片机,此脚还是用于写程序时，输入编程脉冲。PSEN（29脚）：外部程序程序存储器的选通信号。当单片 机使用外部程序存储器时，此脚在一个机器周期内产生两 次负脉冲。注意，访问外部数据存储器时，此信号无效。EA / Vpd （31脚）：外部程序存储器的选择端控制端： 当此脚加入“1”电平是，单片机使用内部的程序存储器 ；当EA加入低电平时，系统只使用外部的程序存储器。但要

7、特别注意：如果EA=1既使用单片机内部的程序存 储器时，如果程序计数器PC的值超过0FFFH时，单片机将 自动转向外部程序存储器1000H开始的单元。对于EPROM型的单片机，此脚还是用于写程序时，加 入21伏的编程电压。并行输入输出端口引脚（P0-P3）P0.0 - P0.7 P0端口线(39-32脚)：输出能力最强的端口 ，可以带动8个TTL负载。驱动一个MOS负载时，应接一个 10K左右的上拉电阻。如果系统使用外接存储器时，该口还 作为地址（低八位）总线和数据总线，注意在这种情况下， P0口就不能通用的I/O端口。P1.0 - P1.7 P1端口线(1 8脚)：负载能力为4个TTL负载

8、。P2.0 P2.7 P2端口线(21 28脚)：通用I/O端口。 除了做通用I/O端口外，当系统使用外接存储器时，该口还 作为地址（高八位）总线，在这种情况下，P0口就不能通用 的I/O端口。负载能力为4个TTL。P3.0 P3.7 P3端口线 （10 17脚）：P3口除了做通用的I/O端口外，同时它还有第二 功能），负载能力为4个TTL。口线定义说明口线定义说明P3.0RXD串行数据输入口P3.4T0计数器外部输入信号P3.1TXD串行数据输出口P3.5T1计数器外部输入信号P3.2INT0外部中断输入口P3.6/ WR外部数据存储器写信号P3.3INT1外部中断输入口P3.7/ RD外部

9、数据存储器读信号P3口第二功能表四、51单片机存储器的配置特点在MCS-51单片机的内部集成了4K的程序存储器和 256B的数据存储器，同时还可以使用片外的程序 存储器和数据存储器，其扩展能力都是64K。从物理结构的角度讲，51单片机的存储系统可以 分为四个存储空间：既片内ROM，RAM和片外ROM 、RAM。从逻辑上讲（既用户编程的角度讲）51单片机的 存储系统又可分为三个存储空间。既片内RAM， 片外RAM和片内、外的程序存储器ROM。五、片内RAM低 128B 字节功能分配图位寻址区3区2区1区0区便笺区08H 07H00H7FH30H 2FH20H 1FH18H 17H10H 0FH四

10、个工作寄存器区 每个区中有R0-R7 八个工作寄存器位寻址区 16个单元20H-2FH， 共有128 可寻址位个位。 位地址：00H-7FH 注意：位地址与字节地址的区别通用的RAM区 地址：30H-7FH继续返回上一次六、51单片机的I/O端口结构 l对单片机的控制，其实就是对I/O口的控制。51单片机总共 有P0、P1、P2、P3四个8位双向输入输出端口，每个端口都 有锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。4个I/O端口都能作 输入输出口用，其中P0和P2通常用于对外部存储器的访问 。 l51系列单片机有4个I/O端口，每个端口都是8位准双向口， 共占32根引脚。每个端口都包括一个锁存器(即专用

11、寄存器 P0P3)、一个输出驱动器和输入缓冲器。通常把4个端口 笼统地表示为P0P3。 l在无片外扩展存储器的系统中，这4个端口的每一位都可以 作为准双向通用I/O端口使用。在具有片外扩展存储器的系 统中，P2口作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线 和双向数据总线。1、P0口的位结构图D Q锁存器 CL /QP0.x 引脚Vcc地址/数据 1/0控制(=0时)读锁存器读引脚内部总线写锁存器 MUX (控制=0时)Vcc下图为P0口的某位P0.n(n=07)结构图，它由一个输出锁存器、两 个三态输入缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。从图中可以看 出，P0口既可以作为I/O用，也可以作为

12、地址/数据线用。 l做通用数据I/O端口时,输出级上端的FET处于截止状态, 所以与MOS器件连接时,必须接“上拉电阻”,否则不能 正确的输出高电平;l在输入操作前,为了保证输入正确，必须先向端口“写 1”;l“读引脚”与“读锁存器”是不同的两个数据通道。凡 是“读修改写” 的操作,CPU读的都是端口锁存器 中的数据。l为了提高电路的可靠性,端口引脚不要直接与三极管一 类器件直接连接,应加隔离电路或与三极管之间加一个 电阻。l在总线方式时,P0口不能再做通用的I/O端口。它分时输 出地址、数据总线的信息（此时引脚不用外接上拉电阻 ）。P0口特点:2、 P1口的位结构图特点：单纯的通用I/O端口

13、,负载能力为3个TTL输入。与 P0口的区别在于内部具有上拉电阻，所以输出时不用外 接上拉电阻。D Q锁存器 CL /QP1.x 引脚Vcc读锁存器读引脚内部总线写锁存器内部上拉电阻3、 P2口 的特点：“通用数据I/O端口”和“高八位地址总线” 端口D Q锁存器 CL /QP2.x 引脚Vcc地址/数据 1/0控制读锁存器读引脚内部总线写锁存器MUX (地址/数据=0)内部上拉电阻4、P3口 特点：通用I/O端口、多用途端口在多用途情况下，P3口分别作为串行口、外中断输入、外部计数输 入和系统扩展时使用的WR和RD信号的端口。在这种情况下，锁存 器Q端为“1”电平以保证与门是打开的。在通用I

14、/O模式下，“替代输出功能”端为“1”电平，以保证与门打开 。D Q锁存器 CL /QP3.x 引脚替代输出功能读锁存器读引脚内部总线写锁存器 MUX (地址/数据=0)Vcc七、并行端口在使用时应注意的几个问题“拉电流”还是“灌电流”-与大电流负载 的连接使用灌电流的方式与电流较大的负载直接连接 时, 端口可以吸收约20mA的电流而保证端口电 平不高于0.45V（见右上图）。采用拉电流方式连接负载时，AT89C51所能提 供“拉电流”仅仅为80A，否则输出的高电 平会急剧下降.如果我们采用右下图的方式， 向端口输出一个高电平去点亮LED，会发现， 端口输出的电平不是“1”而是“0”！ 当然，

15、不是所有的单片机都是这样，PIC单片 机就可以提供30mA的拉电流和灌电流。单对于 大多数IC电路，最好还是使用“灌电流”去推 动负载。Px.yVddVdd灌电流方式 输出”0”点 亮LED拉电流方式 输出高电平 点亮LEDPx.yVdd八、单片机与继电器等大电流负载的接口我们知道:AT89C51的端口可以 吸收约20mA的电流.对于继电 器等大于20mA的负载,单片机 可以采用右图的接法,用一个三 极管来承担负载所需的大电流.若于负载电流易造成干扰单片 机的环境,应采用右下图”光电 隔离”的方式.其中:A 、 B两处没有任何电的联系.JVccVddPx.yABPx.y负载VccMCS-51R

16、STVccMCS-51RSTVcc1K10tVT延长上电复位时间的电路 和RST端上电电压曲线具有手动复位功能的复位电路RC九、复位电路MCS-51内部有一个用于构成 震荡器的高增益反相放大器. 在单片机引脚的XTAL1和 XTAL2分别是此放大器的输 入和输出端.与作为反馈元件 的晶体或陶瓷谐振器一起构成 了一个自激震荡器(见右上图).如果使用外部震荡器信号, 其外来的信号加在XTAL1的 引脚上(见右下图).XTAL2XTAL1NC外时钟使用外时钟时的电路连接十、震荡器、与时钟电路:XTAL1XTAL220P20P任务2：单片机实验板的设计一、实验板系统功能要求流水灯实验数码管实验键盘实验温度测量及显示实验日历时钟显示实验液晶显示实验二、单片机的选型及复位、时钟电路1、单片机的选型：AT89S52，