《单片机技术应用》-项目2

任务一识别单片机的引脚学习单片机的时候，区分芯片的引脚序号是很重要的，这决定我们的电路设计，也决定了以后的焊接工作。那么，何为引脚？引脚就是单片机引线的末端的那一段，我们在单片机上焊接外围线路时，引脚就是单片机与外围线路的接口。不同封装方式的单片机，引脚序号的区分方法也不一样。区分芯片引脚序号，有一种比较通用的方法，就是观察单片机的表面，都会找到一个标记，有时候会用圆点，有时候会用三角形等，我们从这个标记逆时针开始数，就是引脚的序号了。引脚的功能有很多，但是大致分为以下四类：电源引脚，如VCC、GND。时钟引脚，如XTAL1、XTAL2。下一页返回任务一识别单片机的引脚编程控制引脚，比如RST、PSEN等。I/O口引脚，如P0、P1、P2和P3。STC89C52RC单片机共有40根引脚，那么，每一根引脚是如何定义的呢？一、STC89C52RC单片机引脚图PDIP封装的STC89C52RC单片机，其引脚结构如图2−2

所示。二、引脚功能对照图2−2

的单片机引脚功能图，引脚的具体功能介绍如下。单片机的40个引脚大致可分为四类：电源、时钟、控制和I/O引脚。上一页下一页返回任务一识别单片机的引脚1.电源（1）VCC：芯片电源，接+5V；（2）GND：接地端；2.时钟XTAL1、XTAL2分别是晶体振荡电路反相输入端和输出端。XTAL1：振荡器反相放大器输入端和内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器输出端。上一页下一页返回任务一识别单片机的引脚3.控制线控制线共有4根：（1）ALE/PROG：允许地址锁存/片内EPROM编程脉冲。①ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址。②PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。ALE/PROG：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存）是一个用于锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程期间，此引脚也用于输入编程脉冲（PROG）。在正常操作情况下，ALE以振荡器频率1/6的固定速率发出脉冲，它可用作对外输出的时钟。上一页下一页返回任务一识别单片机的引脚然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如果希望禁止ALE操作，可通过将特殊功能寄存器中位地址为8EH那位置“0”来实现。该位置“1”后，ALE仅在MOVX或MOVC指令期间激活，否则ALE引脚将被略微拉高。若微控制器处于外部执行方式时，ALE禁止位无效。（2）PSEN：外ROM读选通信号。PSEN：外部程序存储器选通信号。当STC89C52RC从外部程序存储器执行指令时，在每个机器周期PSEN被激活两次。每当访问外部数据存储器时，将跳过两个PSEN信号。上一页下一页返回任务一识别单片机的引脚（3）RST/VPD：复位/备用电源。①RST（Reset）功能：复位信号输入端。②VPD功能：在VCC掉电情况下，接备用电源。当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令码。当振荡器工作时，在此引脚上出现两个周期的高电平将使系统复位。在看门狗定时器输出时，该引脚输出96个振荡周期的高电平。特殊功能寄存器AUXR（地址为8EH）的DISRTO位可用于取消该功能。DISRTO的默认状态是该复位引脚高电平输出有效。上一页下一页返回任务一识别单片机的引脚（4）EA/VPP：内外ROM选择/片内EPROM编程电源。EA/VPP：访问外部程序存储器允许端。为了能够从外部程序存储器的0000H至FFFFH单元中取指令，EA必须接地。然而要注意的是，若已对加密位1进行编程，则在复位时，EA的状态在内部被锁存。执行内部程序时EA应接VCC端。在Flash编程期间，这个引脚可接12V编程电压。4.I/O端口STC89C52RC单片机共有四个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。上一页下一页返回任务一识别单片机的引脚P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。MCS−51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布请参照图2−2单片机引脚图：P0.0～P0.7：P0口8位双向口线（在引脚的39～32号端子）。P1.0～P1.7：P1口8位双向口线（在引脚的1～8号端子）。P2.0～P2.7：P2口8位双向口线（在引脚的21～28号端子）。P3.0～P3.7：P3口8位双向口线（在引脚的10～17号端子）。注意，这四个I/O口具有不完全相同的功能，具体的使用方法和区别详见下一节内容。上一页返回任务二I/O端口单片机I/O端口常见工作类型有：准双向口/弱上拉（标准8051输出模式）、仅为输入（高阻）或者开漏输出功能。STC89C52RC系列单片机的P1、P2、P3口上电复位后为准双向口/弱上拉（传统8051的I/O口）模式，P0口上电复位后是开漏输出。P0口作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加4.7～10kΩ上拉电阻。P0口的灌电流最大为12mA，其他I/O口的灌电流最大为6mA。一、P0端口P0口可作通用I/O口使用，又可作地址/数据总线口；当P0口作为通用的I/O口使用时，是准双向口，必须外接上拉电阻。下一页返回任务二I/O端口当P0口作I/O输入时，必须先向电路中的锁存器写入“1”，使输出驱动电路的场效应管截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。作通用I/O口输出时是开漏输出，可驱动8个LSTTL负载。当作为地址/数据线使用时，P0是一真正双向口，分时复用为低8位地址总线和数据总线。图2−3所示为P0口结构。1.P0的特点（1）P0的8位皆为漏极开路输出（OpenDrain，OD），千万不要误解为图腾式输出，每个引脚可驱动8个LS型TTL负载。（2）P0内部无上拉电阻，执行输出功能时，外部必须接上拉电阻（10kΩ即可）。上一页下一页返回任务二I/O端口（3）若要执行输入功能，必须先输出高电平（1）才能读取该口所连接的外部数据。（4）若系统连接外部存储器，则P0可作为地址总线（A0～A7）及数据总线（D0～D7）的复用引脚，此时内部具有上拉电阻，不用外接。2.P0口的功能（1）外部扩展存储器时，当作数据总线（如图2−2中的D0～D7为数据总线接口）。（2）外部扩展存储器时，当作地址总线（如图2−2中的A0～A7为地址总线接口）。上一页下一页返回任务二I/O端口（3）不扩展时，可作一般的I/O口使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。二、P1端口P1口是一个具有内部上拉电路的8位双向I/O口。P1口的输出缓冲器能够输入/输出4个TTL输入。其结构如图2−4所示。当对P1口的引脚写“1”时，它被内部上拉电路拉高，并能作输入使用。作为输入时，由于内部上拉电路的作用，由外部拉低的P1口引脚将放出电流。此外，P1.0、P1.1还可分别作为定时器/计数器2的外部计数输入和触发输入，P1口在Flash编程和校验时还用于接收低8位地址字节，P1口引脚的替换功能见表2−1。上一页下一页返回任务二I/O端口P1的特点说明如下：（1）P1内部具备约10kΩ上拉电阻，执行输出功能时，无须连接外部上拉电阻。（2）P1的8位类似于开路输出（OD），但已内接上拉电阻，每个引脚可驱动4个LS型TTL负载。（3）若要执行输入功能，必须先输出高电平（1）才能读取该口所连接的外部数据。（4）若是8052/8032，则P1.0兼具Timer2的外部脉冲输入功能（即T2），P1.1兼具Timer2的捕捉/重载触发信号和方向控制（即T2EX）功能。上一页下一页返回任务二I/O端口（5）若是89S51/89S52，进行在线刻录（ISP，在系统编程）时，其中的P1.5作为MOSI之用，P1.6作为MISO之用，P1.7作为SCK之用。三、P2端口P2口是一个具有内部上拉电路的8位双向I/O口，P2口的输出缓冲器能够输入/输出4个TTL输入。其结构如图2−5所示。当对P2口的引脚写“1”时，它们被内部上拉电路拉高，并能作为输入使用。作为输入时，由于内部上拉电路的作用，由外部拉低的P2口引脚将放出电流。当访问外部程序存储器及使用16位地址的数据存储器（MOVX@DPTR）时，P2口输出高8位地址。上一页下一页返回任务二I/O端口在这种情况下，当置“1”时，P2口使用强大的内部上拉电路。当访问使用8位地址的外部数据存储器（MOVX@Ri）时，P2口输出P2口锁存器的内容。在Flash编程及程序校验期间，P2口也接收8位地址及一些控制信号。四、P3端口P3口是一个具有内部上拉电路的8位双向I/O口，P3口的输出缓冲器能够输入/输出4个TTL输入。当对P3口的引脚写“1”时，它们被内部上拉电路拉高，并能作为输入使用。上一页下一页返回任务二I/O端口作为输入时，由于内部上拉电路的作用，由外部拉低的P3口引脚将放出电流。P3口也提供AT89S51各种专用功能，见表2−2。当P3口作为通用I/O接口时，第二功能输出线为高电平，使与非门3的输出取决于P3口锁存器的状态。在这种情况下，P3口仍是1个准双向口，它的工作方式、负载能力均与P1、P2口相同。上一页返回任务三单片机最小系统设计单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，是单片机可以正常工作的最简单电路。AT89S52单片机的最小系统通常包括电源电路、时钟电路、复位电路和程序存储器选择电路。一、电源电路引脚VCC（引脚40）接+5V电源，引脚GND（引脚20）接地线。为提高电路的抗干扰能力，可选择一个0.1μF（器件标注为104）的瓷片电容器和一个10μF的电解电容器跨接在引脚VCC和接电线之间。下一页返回任务三单片机最小系统设计二、时钟电路系统时钟是一切微处理器内部电路工作的基础，AT89S52单片机的时钟频率范围为0～33MHz。单片机内部有一个可以构成振荡器的放大电路。在这个放大电路的对外引脚XTAL2（引脚18）和XTAL1（引脚19）接上晶振和电容器就可以构成单片机的时钟电路。常用的时钟电路有内部振荡方式和外部振荡方式，电路如图2−7所示。图2−7（a）所示的时钟电路由晶振CYS和电容C1、C2组成。单片机的时钟频率取决于晶振CYS的频率。电容器C1与C2的取值范围为30～50pF。时钟电路采用晶振的目的是提高时钟频率的稳定性。上一页下一页返回任务三单片机最小系统设计51单片机最小系统晶振CYS可以采用12MHz、11.0592MHz、6MHz等，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大，处理速度越快。图2−8所示为振荡电路晶振和电容图样。三、复位电路如果51单片机的引脚RST（引脚9）保持24个时钟周期的高电平，单片机就可以完成复位。通常为了保证系统可靠复位，复位电路应使引脚RST保持10ms以上的高电平。只要引脚RST保持高电平，单片机就可以循环复位。上一页下一页返回任务三单片机最小系统设计在单片机复位电路图中，电容的大小是10μF，电阻的大小是10kΩ。根据公式可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10kΩ×10μF=0.1s。也就是说在单片机启动的0.1s内，电容两端的电压从0V增加到3.5V。这个时候10kΩ电阻两端的电压为从5V减少到1.5V（串联电路各处电压之和为总电压）。所以在0.1s内，RST引脚所接收到的电压为5～1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。所以在开机0.1s内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1s左右）。上一页下一页返回任务三单片机最小系统设计在单片机启动0.1s后，电容C两端的电压持续充电为5V，这时10kΩ电阻两端的电压接近0V，RST处于低电平，所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1s内，从5V释放到了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这时10kΩ电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平，单片机系统自动复位。上一页下一页返回任务三单片机最小系统设计四、程序存储器选择电路51单片机兼容芯片具有多种容量的内部程序存储器的型号，因此在使用中通常不需要再扩展外部程序存储器，这样在单片机应用电路中引脚EA（引脚31）可以总是接高电平，单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行。五、最小系统电路单片机最小系统电路如图2−10所示。根据电路原理图焊接后的最小系统实物图如图2−11所示。上一页返回任务四单片机最小系统的制作单片机是一门实践性非常强的学科，如果仅仅是理论学习和纸上谈兵而不经过任何实践，是不会取得良好学习效果的。要想学好单片机，最简单的方法就是动手实践！上一节我们学习了单片机最小系统，最小系统就是能使单片机工作的最少的器件构成的系统，是大多数单片机控制系统中不可缺少的关键部分。本节的任务就是动手制作单片机最小系统。一、准备工作所需元器件：STC89C52单片机、1kΩ电阻、10kΩ电阻（2只）、10μF电解电容、30pF电容（2只）、12MHz晶振、按键开关、万用板、排针（思考排针有什么用处？）。所需工具：电烙铁、万用表。下一页返回任务四单片机最小系统的制作注意事项：（1）单片机缺口标记的左上方为1号引脚，逆时针排列为1～40引脚。（2）电阻的大小按照色环标记区分（色环电阻识别方法可参考/view/2821107.htm#1网址）。（3）电解电容要注意正负极不要反接。（4）对于所有器件要看清位置再焊接。（5）注意按键开关的引脚，四个引脚之间的开闭关系参见图2−12（可利用万用表短路测量挡位）。上一页下一页返回任务四单片机最小系统的制作二、开始制作（1）准备好万用板和IC插座——40P。万用板和40P的IC插座如图2−13所示。（2）开始焊接，注意焊点焊锡不要太多，参见图2−14。（3）注意单个焊点焊接时间不要过长，2～4s为宜。焊接完成后，焊好的IC插座如图2−15所示。（4）将晶振放置于IC插座内，并与16、