项目单片机实验板制作

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ROM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+SFR8×4DIP 40脚8051掩膜4KB128B+SFR8×4DIP 40脚8751EPROM 4KB128B+SFR8×4DIP 40脚89C51FLASH 4KB128B+SFR8×4DIP 40脚89C2051FLASH 2KB128B+SFR15简化DIP 20脚8XC528K256B+SFR8×6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单片机的引脚定义Ø主电源引脚 :Vcc(+5V- 40脚)和Vss(GND 20脚);Ø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。Ø控制或与电源复用引脚：RST/Vpd、ALE/PROG、PSEN和VddØRST/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 向单片机内部的RAM供电，以防止RAM中的数据丢失。 Ø 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。ØPSEN（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。ØEA / 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）ØP0.0 - 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。ØP1.0 - P1.7 P1端口线(1 8脚)：负载能力为4个TTL负载 。ØP2.0 P2.7 P2端口线(21 28脚)：通用I/O端口。Ø 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。ØP3.0 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,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/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Ø“拉电流”还是“灌电流”-与大电流负载 的连接Ø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）。Ø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”！ Ø当然，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-51RSTVccMCS-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，