项目1 单片机最小系统,任务1 搭建单片机最小系统,组装一个单片机的最小系统，外接1个发光二极管，要求系统上电后，发光二极管点亮。,任务内容,知识要求,了解什么是单片机、51单片机的结构与引脚；掌握最小系统电路结构；学会Proteus仿真软件的使用，并学会单片机最小系统电路设计。,知识点1 单片机概述,电子计算机高速发展到今天，通常可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类。它们在系统结构和基本工作原理方面并无本质的区别，只是在体积、性能和应用领域方面有所不同。,微处理器MP(Micro Processor) 微型计算机MC(Micro Computer) 微型计算机系统MCS (Micro Computer System) 单片微型计算机 (Single Chip Microcomputer),1. 基本概念,第一代(19741976年)：单片机发展的起步阶段。 第二代(19761978年)：这一阶段生产的单片机已是单块芯片，但其性能低、品种少、寻址范围有限、应用范围也不广。 第三代(19791982年)：8位单片机的成熟阶段。 第四代(1983年以后)：8位单片机向更高性能发展，同时出现了工艺先进、集成度高、内部功能更强和运算速度更快的16位单片机，它允许用户采用面向工业控制的专用语言，如C语言等。,2. 单片机的发展,ATMEL89系列（以下简称AT89）单片机是美国ATMEL公司生产的8位高性能单片机，其主要技术优势是内部含有可编程Flash存储器，用户可以很方便地进行程序的擦写操作，在嵌入式控制领域中被广泛的应用。,3. ATMEL89系列单片机简介,表1-1 AT89系列单片机概况,MCS-51系列单片机的派生产品，是一种增强功能的单片机 指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8051单片机完全兼容 方便地进行程序的擦写操作，无需专用编程器，无需专用仿真器 STC单片机还开发出不同型号的新型单片机，如STC12系列、STC15系列单片机，集成不同功能模块，用户可方便选择,4. STC系列单片机简介,知识点2 计算机中的数,微型计算机中常用的数制有三种：,1. 常用数制,十进制数：用一串连续的数字表示。如12，-1，0等。 八进制数：用数字0开头。如010，-056，011等。 十六进制数：用数字0和字母x或X开头。如0x5a，-0x9c等。,（1）位（bit）和字节（byte） 位，最小数据单位，用b表示； 字节，基本存储单位，用B表示。 （2）字(word)和字长 字，数据处理的基本单位。 字长，一个字所包含的二进制数的位数，数 据总线的位数决定，是微处理器的重要指标之一。,2. 计算机中数的表示,（3）机器数与真值 在计算机中，把放在寄存器、存储器、或数据端口中的数称为机器数。机器数所对应的值称为真值。 机器数的真值到底是多少，取决于机器数所对应的是无符号数还是有符号数以及所对应的是什么码制表示的数。,2. 计算机中数的表示,无符号数：不带正、负号的数（signed） 00000000B11111111B，即0255共256个数 带符号数：数的前面增设一位符号位，并规定正号用“0”表示，负号用“1”表示（unsigned）,2. 计算机中数的表示,知识3 51单片机结构与引脚,1. AT89C51单片机的结构,AT89系列单片机在结构上基本相同，只是在个别模块和功能上有些区别。图1.2是AT89C51单片机的内部结构框图。它包含了作为微型计算机所必需的基本功能部件，各功能部件通过片内单一总线连成一个整体，集成在一块芯片上。,图1-2 AT89C51内部结构框图,图1-3 AT89C51封装和引脚分配图 (a) 双列直插式封装；(b) 方形封装,2. AT89C51单片机引脚,P0口： 可以作为普通I/O口；当系统外接存储器和扩展I/O口时，通常作为低8位地址/数据总线分时复用口，低8位地址由地址锁存信号ALE下跳沿锁存到外部地址锁存器中，高8位地址由P2口输出。,（1）I/O端口,P1口：通常作为普通I/O口 P2口： 可以作为普通I/O口使用；当系统外接存储器和扩展I/O口时，又作为扩展系统的高8位地址总线，与P0口一起组成16位地址总线。,（1）I/O端口,P3口：为双功能口。每一位均可独立定义为普通I/O口或第二功能输入/输出。,（1）I/O端口,（2）电源线,AT89C51单片机的电源线有以下两种： VCC：+5V电源线。 VSS：接地线。,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。,（3）外接晶体引脚,RST：复位输入端，高电平有效。 ALE/ ：地址锁存允许/编程线。 ：外部程序存储器的读选通线。 /VPP：片外ROM允许访问端/编程电源端。,（4）控制线,知识4 AT89C51单片机最小系统,从本质上讲，单片机本身就是一个最小应用系统。由于晶振、开关等器件无法集成到芯片内部，这些器件又是单片机工作所必需的器件，因此，由单片机、晶振电路及由开关、电阻、电容等构成的复位电路共同构成单片机的最小应用系统。,内部振荡电路 两个引脚上外接一个晶体（或陶瓷振荡器）和电容组成的并联谐振电路作为反馈元件时，便构成一个自激振荡器。 此振荡器由XTAL1端向内部时钟电路提供一定的频率时钟源信号。,1. 晶振电路,内部振荡电路参数选择,片内振荡器的频率是由外接石英晶体的频率决定的，其频率值可在424MHz之间，当频率稳定性要求不高时，可选用陶瓷谐振器。 片内振荡器对构成并联谐振电路的外接电容C1和C2要求并不严格，外接晶体时，C1和C2的典型值为2030pF。外接陶瓷谐振器时，C1和C2的典型值为47pF左右。,单片机也可采用外部振荡器向内部时钟电路输入一固定频率的时钟源信号。此时，外部信号接至XTAL1端，而XTAL2端浮空即可，如图1.6所示。,图1-6 外部时钟电路图,外部振荡电路,上电复位 系统刚刚接通电源时，由于电源有可能有抖动或者系统中可能有其他器件没有进入稳定工作状态，因此单片机需要在上电时进行复位。 一般采用专用的复位芯片或简单的RC电路来实现，通过对电容的充电在接通电源的同时完成系统的复位工作。R、C的参数可以调整复位的时间。,2. 复位电路,上电复位电路中考虑到振荡器有一定的起振时间，复位引脚上高电平必须持续10 ms以上才能保证有效复位。 因此，常用参数如图所示。,按键复位 单片机在运行期间出现非正常状态则可以通过人工强制干预的方法进行复位。,2. 复位电路,S键按下时，RST端经电阻R1接通Vcc电源实现复位。S按键未按下，可实现上电复位。,看门狗复位 单片机系统在工作时，由于干扰等各种因素的影响，有可能出现死机或者程序“跑飞”现象，导致单片机系统无法正常工作。因此单片机需要看门狗复位，有两种实现方式。 （1）部分型号单片机内部有专门的看门狗定时器 （2）外加看门狗电路，常用芯片MAX813L,2. 复位电路,知识5 单片机硬件仿真开发工具Proteus,PROTEUS是英国Lab Center Electronics公司推出的用于仿真单片机及其外围器件的EDA工具软件。PROTEUS与Keil C51配合使用，可以在不需要硬件投入的情况下，完成单片机C语言应用系统的仿真开发，从而缩短实际系统的研发周期，降低开发成本。,分析：单片机最小系统电路由电源电路、复位电路、晶振电路构成，如图1.9所示。,任务实施,1. 新建设计文件,图1.10 建立新的设计文件,执行FileNew Design命令，弹出图1.10所示的对话框，从中选择合适的模板(通常选择DEFAULT)。,单击主工具栏的保存文件按钮，在弹出的Save ISIS Design File对话框中，选择保存目录，输入新文件名称，保存类型采用默认值。单击保存按钮，完成新建工作。,2. 对象的选择与放置,本任务的最小系统电路原理图中的对象按属性可分为两大类： 元器件(Component)，终端(Terminals)。对象所属类和子类读者可通过元件性质查阅附录2.4得到。,Proteus ISIS的元器件库提供了大量元器件的原理图符号，在绘制原理图之前，必须知道每个元器件的所属类及所属子类，然后利用Proteus ISIS提供的搜索功能可以方便地查找到所需元器件。 在Proteus ISIS中元器件的所属类共有40多种，对象所属类和子类读者可通过元件性质查阅附录2.4得到。,从结构上看，Pick Devices对话框（图1.11）共分成3列，左侧为查找条件，中间为查找结果，右侧为原理图、PCB图预览。,图1.11 选择元器件对话框,执行LibraryPick Device/Symbol或单击对象选择窗口左上角的按钮 ，都会打开Pick Devices对话框。,1) 元器件的选择与放置,在Pick Devices对话框中，选好元器件（如AT89C51）后，其名称就会出现在对象选择窗口中，如图1.12所示。,在对象选择窗口中单击AT89C51，其电路原理图出现在预览窗口中(图1.13)。此时通过方向工具栏可以改变原理图的方向。然后将鼠标指向编辑窗口的合适位置单击，即可把AT89C51的电路原理图放置到编辑窗口中。,图1.12 选择元器件,图1.13 预览窗口,2) 终端的选择与放置,终端的预览、放置方法与元器件类似。Mode工具箱中其他按钮的操作方法又与终端按钮类似，在此不再赘述。,图1.14 终端选择窗口,单击Mode工具箱中的终端按钮 ，Proteus ISIS会在对象选择窗口中给出所有可供选择的终端类型，如图1.14所示。,3. 对象的编辑,在放置好绘制原理图所需的所有对象后，可以编辑对象的图形或文本属性。下面以电阻元件R1为例，简要介绍对象的编辑步骤。,1) 选中对象,将鼠标指向对象R1，鼠标指针由空心箭头变成手形后，单击即可选中对象R1。此时，对象R1高亮显示，鼠标指针为带有十字箭头的手形，如图1.15所示。,2) 移动、编辑、删除对象,鼠标左键单击选中对象并拖动，实现对象的移动；鼠标左键双击选中对象，实现对象的编辑；键盘delete按键，实现选中对象的删除；通过方向工具栏按钮实现对象的旋转等。,选中对象 R1 后，右击，弹出快捷菜单，如图1.16所示。通过该快捷菜单可以移动、编辑、删除对象R1。,图1.16 编辑对象的快捷菜单,对象编辑窗口中，可实现元件标识编辑（R1），元件值编辑（200），元件封装编辑等。,图1.17 编辑对象文本属性,2) 移动、编辑、删除对象,4. 布线,按照连接的方式，布线可分为 3 种：两个对象之间的普通连接，使用输入、输出终端的无线连接，多个对象之间的总线连接。,1) 普通连接,图 两个对象之间的普通连接,(1) 在第一个对象的连接点处单击。 (2) 拖动鼠标到另一个对象的连接点处单击。 在拖动鼠标的过程中， 可以在希望拐弯的地方单击， 也可以右击放弃此次画线。,2) 无线连接,(1) 在第一个连接点处连接一个输入终端。 (2) 在另一个连接点处连接一个输出终端。 (3) 利用对象的编辑方法对上面两个终端进行标识，两个终端的标识(Label)必须一致。,5. 添加或编辑文字描述,在Script选项卡的Text文本框中可以输入相应的描述文字。通过Rotation选项和Justification选项可以对描述文字的放置方位进行调整。,图1.21 添加或编辑文字描述,单击Mode工具箱中的Text Script按钮 ，在希望放置文字描述的位置处单击，打开Edit Script Block对话框（图1.21）。,6. 电气规则检查,原理图绘制完毕后，必须进行电气规则检查(ERC)。执行菜单命令ToolsElectrical Rul