3.1--单片机及其最小应用系统ppt课件.ppt

单片机最小系统设计 掌握最小系统的组成掌握最小系统的应用 1 一单片机最小系统的概述 所谓单片机最小系统 是指用最少的元件能使单片机工作起来的一个最基本的组成电路 那么拿到一块单片机芯片 想要使用它 怎么办呢 首先要知道怎样连线 对51系列单片机来说 最小系统一般应该包括 CPU 8位三态D锁存器 ROM和RAM这三样 还要加上晶振电路 复位电路等 同时 单片机要正常运行 还必须具备电源正常 时钟正常 复位正常三个基本条件 2 图3 1 a 单片机最小系统电路原理图 单片机最小系统的设计 3 时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号 而时序所研究的是指令执行中各地信号之间的相互关系 单片机本身就如一个复杂的同步时序电路 为了保证同步工作方式的实现 电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作 1 时钟信号的产生在MCS 51芯片内部有一个高增益相反相放大器 其输入端为芯片引脚XTAL1 其输出端为引脚XTAL2 而在芯片的外部 XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容 从而构成一个稳定的自激振荡器 这就是单片机的时钟电路 如图1 3 2所示 知识链接 1 单片机的时钟电路 4 时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后 才成为单片机的时钟脉冲信号 请读者特别注意时钟脉冲与振荡脉冲之间的二分频关系 否则会造成概念上的错误 一般电容C1和C2取30pF左右 晶体的振荡频率范围是1 2MHZ 12MHZ 晶体振荡频率高 则系统的时钟频率也高 单片机运行速度也就快 MCS 51在通常应用情况下 使用振荡频率为的6MHZ或12MHZ 1 单片机的时钟电路 知识链接 5 2 引入外部脉冲信号在由多片单片机组成的系统中 为了各单片机之间时钟信号的同步 应当引入唯一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲 这时外部的脉冲信号是经XTAL2引脚注入 其连接如图1 3 3所示 知识链接 1 单片机的时钟电路 6 单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态 并从这个状态开始工作 无论是在单片机刚开始接上电源时 还是断电后或者发生故障后都要复位 所以 必须弄清楚MCS 51型单片机复位的条件 复位电路和复位后状态 单片机复位的条件是 必须使RST VPD或RST引脚 9 加上持续二个机器周期 即24个振荡周期 的高电平 例如 若时钟频率为12MHZ 每机器周期为1us 则只需2us以上时间的高电平 在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位 单片机常见的复位电路如图1 3 4 a b 所示 7 图1 3 4 a 为上电复位电路 它是利用电容充电来实现的 在接电瞬间 RST端的电位与VCC相同 随着充电电流的减少 RST的电位逐渐下降 只要保证RST为高电平的时间大于2个机器周期 便能正常复位 图1 3 4 b 为按键复位电路 该电路除具有上电复位功能外 若要复位 只需按图1 3 4 b 中的RESET键 此时电源VCC经电阻R1 R2分压 在RST端产生一个复位高电平 8 单片机复位期间不产生ALE和信号 即ALE 1和 1 这表明单片机复位期间不会有任何取指操作 复位后 内部各专用寄存器状态如下 9 其中x表示无关位 请注意 1 复位后PC值为0000H 表明复位后程序从0000H开始执行 这一点在实训中已介绍 2 SP值为07H 表明堆栈底部在07H 一般需重新设置SP值 3 P0 P3口值为FFH P0 P3口用作输入口时 必须先写入 1 单片机在复位后 已使P0 P3口每一端线为 1 为这些端线用作输入口做好了准备 10 任务4单片机应用系统的设计 由此可见 单片机应用系统的设计人员必须从硬件和软件两个角度来深入了解单片机 并能够将二者有机结合起来 才能形成具有特定功能的应用系统或整机产品 通过单片机的I O接口 在其周围可以设置很多的外围应用电路 下面我们以一些典型外围电路进行说明 11 8051最小应用系统 返回本节 12 相关知识 74LS373是一个8D三态锁存器当三态允许控制端OE为低电平时 Q0 Q7为正常逻辑状态 可用来驱动负载或总线 当OE为高电平时 Q0 Q7呈高阻态 即不驱动总线 也不为总线的负载 但锁存器内部的逻辑操作不受影响 1 8位三态D锁存器74LS373的使用 13 14 2 2764芯片的使用2764芯片是一块8KB的EPROM程序存储器 有28只引脚 分成地址线 数据线和控制线 3 最小系统的解释1 分时使用的方法 1 硬件连接 2 软件2 存储器容量的计算方法3 片选地址的计算 15 相关知识 1 简单控制部件简介1 继电器2 光耦3 指示灯 16 相关知识 2 彩灯控制器的设计1 硬件设计2 彩灯控制器软件设计 1 延时程序 2 数据编码 3 编程 4 调试程序 17 1 实现显示输出的发光二极管电路8路发光二极管显示电路如图1 4 2所示 8个采用共阳极连接方式的发光二极管 每个发光二极管均接有限流电阻 只要将单片机最小系统中的任意一个I O口与之相连接 就可以构成一个单片机最小应用系统电路 当单片机I O口输出低电平时 发光二极管就亮 而输出高电平时 发光二极管就不亮 图1 4 28路发光二极管显示电路 单片机应用系统的应用 18 1 8只LED彩灯花样控制仿真2 LED彩灯控制器硬件设计1 PCB制作 1 PCB制作厂家制作 2 用雕刻机制作 3 自己手工制作 4 用万能板制作2 电路调试 单片机最小系统设计 19 拓展知识 1 元器件布局的一般方法和要求 1 元器件在PCB上的分布应尽量均匀 密度一致 2 PCB上元器件的排列应整齐美观 3 元器件安装的位置应避免互相影响 4 变压器 扼流圈 大电容器 继电器等大而笨重的元器件可安装在主印制电路板之外的辅助底板上 利用附件将它们紧固 以利于加工和装配 单片机最小系统设计 20 2 布设导线的一般方法和要求 1 公共地线应尽可能布置在PCB的最边缘 便于PCB安装以及与地相连 2 为减小导线间的寄生耦合 布线时应按信号的顺序进行排列 尽可能将输入线和输出线的位置远离 最好采用地线将两端隔开 3 提供大信号的供电线和提供小信号的供电线应分开 特别是地线 最好是一点共地 4 高频电路中的高频导线 三极管各电极引线及信号输入 输出线应尽量做到短而直 易引起自激的导线应避免互相平行 宜采取垂直或斜交布线 单片机最小系统设计 21 3 印制导线的尺寸和图形1 印制导线的宽度2 印制导线的间距3 印制导线的形状 1 除地线外 同一PCB上导线的宽度尽可能保持一致 2 印制导线的走向应平直 不应出现急剧的拐弯或尖角 3 应尽量避免印制导线出现分支 单片机最小系统设计 22 4 焊盘的形状和尺寸为了增加在焊接元器件与机械加工时印制导线与基板的粘贴强度 必须将导线加工成圆形或岛形 如图3 14所示 环外径应略大于其相交的印制