硬件基礎(chǔ)知識：從集成電路角度去認(rèn)識單片機(jī)

本文著手從集成電路角度去認(rèn)識單片機(jī)，主要介紹了單片機(jī)的引腳圖及引腳功能，以及單片機(jī)簡易編程。

首先，先看下80C51單片機(jī)的功能結(jié)構(gòu)框圖。

80C51單片機(jī)屬于MCS-51系列單片機(jī)，采用40引腳雙列直插式DIP(Dual In Line Package)，內(nèi)有128個RAM單元及4K的ROM。

80C51單片機(jī)的功能結(jié)構(gòu)框圖

下面介紹一下單片機(jī)的引腳圖及引腳功能(如下圖所示)，引腳的具體功能將在之后詳細(xì)介紹。

單片機(jī)的40個引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。

1. 電源:

⑴ VCC -芯片電源，接+5V;

⑵ VSS - 接地端;

2. 時(shí)鐘:

XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。

3. 控制線:

控制線共有4根，

⑴ ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖

① ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址

② PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。

⑵ PSEN:外ROM讀選通信號。

⑶ RST/VPD:復(fù)位/備用電源。

① RST(Reset)功能：復(fù)位信號輸入端。

② VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。

⑷ EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。

① EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。

② Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。

4. I/O線

80C51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號(屬控制總線)。

拿到一塊芯片，想要使用它，首先必須要知道怎樣連線，我們用的一塊稱之為89C51的芯片，下面我們就看一下如何給它連線。

1、電源：這當(dāng)然是必不可少的了。單片機(jī)使用的是5V電源，其中正極接40管腳，負(fù)極(地)接20管腳。

2、振蕩電路：單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須供給脈沖信號才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。只要買來晶體振蕩器，電容，連上就能了，按圖1接上即可。

3、復(fù)位管腳：按圖1中畫法連好，至于復(fù)位是何含義及為何需要復(fù)要復(fù)位，在單片機(jī)功能中介紹。

4、EA管腳：EA管腳接到正電源端。 至此，一個單片機(jī)就接好，通上電，單片機(jī)就開始工作了。

我們的第一個任務(wù)是要用單片機(jī)點(diǎn)亮一只發(fā)光二極管LED，顯然，這個LED必須要和單片機(jī)的某個管腳相連，不然單片機(jī)就沒法控制它了，那么和哪個管腳相連呢?單片機(jī)上除了剛才用掉的5個管腳，還有35個，我們將這個LED和1腳相連。(見圖1，其中R1是限流電阻)

按照這個圖的接法，當(dāng)1腳是高電平時(shí)，LED不亮，只有1腳是低電平時(shí)，LED才發(fā)亮。因此要1腳我們要能夠控制，也就是說，我們要能夠讓1管腳按要求變?yōu)楦呋虻碗娖?。即然我們要控?腳，就得給它起個名字，總不能就叫它一腳吧?叫它什么名字呢?設(shè)計(jì)51芯片的INTEL公司已經(jīng)起好了，就叫它P1.0，這是規(guī)定，不能由我們來更改。

圖1 單片機(jī)簡易應(yīng)用電路圖

單片機(jī)簡易編程

名字有了，我們又怎樣讓它變'高'或變'低'呢?叫人做事，說一聲就能，這叫發(fā)布命令，要計(jì)算機(jī)做事，也得要向計(jì)算機(jī)發(fā)命令，計(jì)算機(jī)能聽得懂的命令稱之為計(jì)算機(jī)的指令。讓一個管腳輸出高電平的指令是SETB，讓一個管腳輸出低電平的指令是CLR。因此，我們要P1.0輸出高電平，只要寫SETB P1.0，要P1.0輸出低電平，只要寫CLR P1.0就能了。

現(xiàn)在我們已經(jīng)有辦法讓計(jì)算機(jī)去將P10輸出高或低電平了，但是我們怎樣才能計(jì)算機(jī)執(zhí)行這條指令呢?總不能也對計(jì)算機(jī)也說一聲了事吧。要解決這個問題，還得有幾步要走。

第一，計(jì)算機(jī)看不懂SETBCLR之類的指令，我們得把指令翻譯成計(jì)算機(jī)能懂的方式，再讓計(jì)算機(jī)去讀。計(jì)算機(jī)能懂什么呢?它只懂一樣?xùn)|西——數(shù)字。因此我們得把SETB P1.0變?yōu)?D2H,90H )，把CLR P1.0變?yōu)?(C2H,90H )，至于為什么是這兩個數(shù)字，這也是由51芯片的設(shè)計(jì)者--INTEL規(guī)定的，我們不去研究。

第二步，在得到這兩個數(shù)字后，怎樣讓這兩個數(shù)字進(jìn)入單片機(jī)的內(nèi)部呢?這要借助于一個硬件工具編程器。如果你還不知道是什么是編程器，我來介紹一下，就是把你在電腦上寫出來來的代碼用匯編器等編譯器生成的一個目標(biāo)燒寫到單片機(jī)的eprom里面去的工具，80c51這種類型的單片機(jī)編程是一件很麻煩的事情，必要要先裝到編程器上編程后才能在設(shè)備上使用，而目前最新的AT89s51或者STC89C51單片機(jī)能支持在線編程(isp)功能，不用拔出來利用簡單的電路就可以實(shí)現(xiàn)把代碼寫入單片機(jī)內(nèi)部。

我們將編程器與電腦連好，運(yùn)行編程器的軟件，然后在編緝區(qū)內(nèi)寫入(D2H,90H)見圖2，寫入……好，拿下片子，把片子插入做好的電路板，接通電源……什么?燈不亮?這就對了，因?yàn)槲覀儗戇M(jìn)去的指令就是讓P10輸出高電平，燈當(dāng)然不亮，要是亮就錯了?，F(xiàn)在我們再撥下這塊芯片，重新放回到編程器上，將編緝區(qū)的內(nèi)容改為(C2H,90H)，也就是CLR P1.0，寫片，拿下片子，把片子插進(jìn)電路板，接電，好，燈亮了。因?yàn)槲覀儗懭氲?)就是讓P10輸出低電平的指令。這樣我們看到，硬件電路的連線沒有做任何改變，只要改變寫入單片機(jī)中的內(nèi)容，就能改變電路的輸出效果。

圖2