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跟我學(xué)51單片機(一):單片機最小系統(tǒng)組成與I/O輸出控制

作者: 時間:2013-02-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
  單片機是一門實踐性較強的技術(shù),很多初學(xué)者在學(xué)習(xí)單片機技術(shù)開發(fā)的時候往往一頭霧水,不知何從下手。為此,筆者結(jié)合自己使用單片機多年的經(jīng)驗,特意設(shè)計了單片機開發(fā)所需的Study-c 整機和硬件套件,并結(jié)合套件精心編寫了單片機從入門到精通系列教程。通過講述單片機原理、電路設(shè)計、應(yīng)用開發(fā)軟件工具、編寫實驗實例讓讀者全面接觸單片機技術(shù)。教程編排上由淺入深,循序漸進,內(nèi)容力求完整、實用、趣味并存,使讀者在輕松愉快的學(xué)習(xí)過程中逐步提高單片機軟硬件綜合設(shè)計水平。

  一、內(nèi)容提要

  本講主要向大家介紹51 系列單片機的的實現(xiàn)并通過編寫程序來實現(xiàn)對單片機IO 口的。以點亮外部連接的LED(發(fā)光二極管)為例,簡要的介紹單片機的原理、的組成,并通過簡單的C51 程序設(shè)計來講述編譯軟件Keil的使用并下載Hex 文件燒寫單片機。

  二、原理簡介

  在了解原理之前, 首先讓我們思考一個問題,什么是單片機, 單片機有什么用? 這是一個有意思的問題,因為任何人都不能給出一個被大家都認(rèn)可的概念,那到底什么是單片機呢? 普遍來說, 單片機又稱單片微控制器, 是在一塊芯片中集成了CPU( 中央處理器)、RAM( 數(shù)據(jù)存儲器)、ROM( 程序存儲器)、定時器/ 計數(shù)器和多種功能的I/O( 輸入/ 輸出) 接口等一臺計算機所需要的基本功能部件,從而可以完成復(fù)雜的運算、邏輯控制、通信等功能。在這里,我們沒必要去找到明確的概念來解析什么是單片機,特別在使用C 語言編寫程序的時,不用太多的去了解單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及運行原理等。從應(yīng)用的角度來說,通過從簡單的程序入手,慢慢的熟悉然后逐步深入精通單片機。

  在簡單了解了什么是單片機之后,然后我們來構(gòu)建單片機的,單片機的最小系統(tǒng)就是讓單片機能正常工作并發(fā)揮其功能時所必須的組成部分,也可理解為是用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。對51 系列單片機來說, 最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括: 單片機、時鐘電路、復(fù)位電路、輸入/ 輸出設(shè)備等(見圖1)。

跟我學(xué)51單片機(一):單片機最小系統(tǒng)組成與I/O輸出控制

圖1 單片機最小系統(tǒng)框圖

  三、電路詳解

  依據(jù)上文的內(nèi)容,設(shè)計51 系列單片機最小系統(tǒng)見圖2。

跟我學(xué)51單片機(一):單片機最小系統(tǒng)組成與I/O輸出控制

圖2 51系列單片機最小系統(tǒng)

  下面就圖2 所示的單片機最小系統(tǒng)各部分電路進行詳細(xì)說明。

  1. 時鐘電路

  在設(shè)計時鐘電路之前,讓我們先了解下51 單片機上的時鐘管腳:

  XTAL1(19 腳) :芯片內(nèi)部振蕩電路輸入端。

  XTAL2(18 腳) :芯片內(nèi)部振蕩電路輸出端。

  XTAL1 和XTAL2 是獨立的輸入和輸出反相放大器,它們可以被配置為使用石英晶振的片內(nèi)振蕩器,或者是器件直接由外部時鐘驅(qū)動。圖2 中采用的是內(nèi)時鐘模式,即采用利用芯片內(nèi)部的振蕩電路,在XTAL1、XTAL2 的引腳上外接定時元件(一個石英晶體和兩個電容),內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。一般來說晶振可以在1.2 ~ 12MHz 之間任選,甚至可以達(dá)到24MHz 或者更高,但是頻率越高功耗也就越大。在本實驗套件中采用的11.0592M 的石英晶振。和晶振并聯(lián)的兩個電容的大小對振蕩頻率有微小影響,可以起到頻率微調(diào)作用。當(dāng)采用石英晶振時,電容可以在20 ~ 40pF 之間選擇(本實驗套件使用30pF);當(dāng)采用陶瓷諧振器件時,電容要適當(dāng)?shù)卦龃笠恍?,?0 ~ 50pF 之間。通常選取33pF 的陶瓷電容就可以了。

  另外值得一提的是如果讀者自己在設(shè)計單片機系統(tǒng)的印刷電路板(PCB) 時,晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機芯片靠近,以減少引線的寄生電容,保證振蕩器可靠工作。檢測晶振是否起振的方法可以用示波器可以觀察到XTAL2 輸出的十分漂亮的正弦波,也可以使用萬用表測量( 把擋位打到直流擋,這個時候測得的是有效值)XTAL2 和地之間的電壓時,可以看到2V 左右一點的電壓。

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