MCS-51单片机最小系统知识
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51系列单片机最小系统设计与调试实验实验指导书51系列单片机最小系统设计与调试一、实验目的1. 了解单片机的基本工作原理2. 学习并掌握相关软件的使用方法(Protel、keil)2. 掌握单片机片内程序存储器下载方法3. 掌握单片机程序设计(汇编及C51)二、原理1. 什么是单片机最小系统单片机最小系统,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.对51系列单片机来说,单片机+晶振电路+复位电路,便组成了一个最小系统.但是一般我们在设计中总是喜欢把按键输入、显示输出等加到上述电路中,成为小系统。
2. AT89C51高性能8位单片机功能AT89C51提供以下标准功能:8K字节Falsh闪速存储器,256字节内部RAM,32个I/O口线,3个16位定时/计数器,一个6向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内震荡器及时钟电路,同时AT89C51可降至0HZ的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,时/计数器,串行通信口及中断系统持续工作。
掉电方式保存RAM中的内容,但震荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
3. AT89C51高性能8位单片机资料请参考相关书籍三、实训任务.(1)认识MCS-51的ROM及片外RAM空间:认识51系列单片机的程序存储器(ROM)的空间范围;汇编指令编码在ROM中存储形式;掌握指令编码和指令编码所在地址的概念;了解51系列单片机的程序存储器(ROM)固定地址的用途。
认识51系列单片机的片外数据存储器(片外RAM)的地址空间范围;了解51系列单片机的片外数据存储器的用途;重点掌握片内片外访问存储器的指令。
(2)认识MCS-51片内RAM空间:认识51系列单片机片内随机存储器(片内RAM)的空间范围;认识51系列单片机片内随机存储器的区域划分;掌握字节地址和位地址的概念;了解R0~R7寄存器与字节地址的关系。
51单片机最小系统原理图接触过单片机的朋友们都时常会听到别人提"最小系统"这个词.那到底什么是最小系统,有怎样设计称上"最小"呢?下面让依依电子来告诉大家: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.对51系列单片机来说,单片机+晶振电路+复位电路,便组成了一个最小系统.但是一般我们在设计中总是喜欢把按键输入、显示输出等加到上述电路中,成为小系统。
应用89C51(52)单片机设计并制作一个单片机最小系统,达到如下基本要求:1、具有上电复位和手动复位功能。
2、使用单片机片内程序存储器。
3、具有基本的人机交互接口。
按键输入、LED 显示功能。
4、具有一定的可扩展性,单片机I/O口可方便地与其他电路板连接。
51单片机学习想学单片机,有一段时间了,自己基础不好,在网上提了许多弱智的问题,有一些问题网友回答了,还有一些为题许多人不屑一顾。
学来学去,一年多过去了,可是还是没有入门,现在我就把我学习中遇到的一些问题和大家分享一下,希望在大虾的帮助下能快速的入门:)在学习之前我在网上打听了一下atmel公司的单片机用的人比较多,avr系列这几年在国内比较流行,但是考虑到avr还是没有51系列用的人多,51系列的许多技术在实践中都已经的到了前人的解决,遇到问题后,有许多高人可以帮助解决,所以这次学习,选用了atmel公司的at89s52,来进行学习。
学习单片机是需要花费时间实践的;学之前我们先准备好所需的东西一、所需硬件at89s52一片;8m晶振一个,30pf 的瓷片电容两个;10uf电解电容一个,10k的电阻一个;万用板(多孔板)一块;其他的器件如电烙铁一把30w的,松香,焊锡若干,如果是第一次学习,不知道这些东西,没关系,以下是它们的照片:Atmel公司生产的at89s52 8m晶振22pf瓷片电容电解电容图1/4 w 10k 的电阻普通的电木万用板好了,有了这些东西,我们就可以把它们组合到一起做成我们的最小系统了:)有了这些东西我们怎么焊接丫?不用着急,过一会我们把原理图给大家画出来大家就会了。
51单片机最小系统电路图及实验(含调试程序)--------------------------------------------------------------------------------51单片机最小系统电路图及实验一、任务开发单片机最小系统二、任务分析:该系统具有的功能:(1)具有2位LED数码管显示功能。
(2)具有八路发光二极管显示各种流水灯。
(3)可以完成各种奏乐,报警等发声音类实验。
(4)具有复位功能。
三、功能分析(1)两位LED数码管显示功能,我们可以利用单片机的P0口接两个数码管来现这个功能;(2)八路发光二极管显示可以利用P1口接八个发光二极管实现这个功能;(3)各种奏乐、报警等发声功能可以采用P2.0这个引脚接一蜂鸣器来实现。
(4)利用单片机的第9脚可以设计成复位系统,我们采用按键复位;利用单片机的18、19脚可以设计成时钟电路,我们利用单片机的内部振荡方式设计的。
四、设计框图五、最小系统电路图设计根据本系统的功能,和单片机的工作条件,我们设计出下面的电路图。
六、元器件件清单的确定:数码管:共阴极2只(分立)电解电容:10UF的一只30PF的电容2只220欧的电阻9只4.7K的电阻一只1.2K的电阻一只4.7K的排阻一只,12MHZ的晶振一只有源5V蜂名器一只AT89S51单片机一片常开按钮开关1只紧锁座一只(方便芯取下来的,绿色的)发光二极管(5MM红色)8只万能板电路版15*17CMS8550三极管一只4.5V电池盒一只,导线若干。
七、硬件电路的焊接按照原理图把上面的元件焊接好,详细步骤省略。
八、相关程序设计针对上面的电路原理图,设计出本系统的详细功能:(1)、第一个发光二极管点亮,同时数码管显示“1”。
(2)、第二个发光二极管点亮,同时数码管显示“2”。
(3)、依次类推到第八个发光二极管点亮,同时数码管显示“8”。
以上出现的是流水灯的效果(4)、所有的发光二极管灭了,同时数码管现实“0”。
MCS-51单片机最小系统设计目录第一部分课程设计任务书 (1)一、课程设计题目 (1)二、课程设计时间 (1)三、课程设计提交方式 (1)四、设计要求 (1)第二部分课程设计报告 (2)一、单片机发展简史 (2)二、MCS-51单片机系统简介 (3)三、设计思路 (3)四、硬件设计电路 (3)五、软件设计流程 (5)六、程序源代码 (6)七、结束语 (7)八、参考文献 (8)第一部分课程设计任务书一、课程设计题目MCS-51单片机最小系统设计二、课程设计时间一周三、课程设计提交方式提交打印课程设计报告四、设计要求设计一个模拟现实的交通灯系统,0~15秒东西红灯亮,南北绿灯亮,15~20秒东西红灯亮,南北黄灯亮,20~35秒东西绿灯亮,南北红灯亮,35~40秒东西黄灯亮,南北红灯亮,同时设立双位数码管表示倒计时时间,并实现循环。
第二部分课程设计报告一、单片机发展概况1946年2月15日,第一台电子数字计算机问世,这标志着计算机时代的到来。
匈牙利籍数学家冯·诺依曼在方案的设计上做出了重要的贡献。
1946年6月,他又提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想,进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。
在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路,从而构成了单芯片微型计算机,即单片机。
单片机技术发展过程可分为三个主要阶段:单芯片微机形成阶段1976年,Intel公司推出了MCS-48系列单片机。
8位CPU、1K字节ROM、64字节RAM、27根I/O线和1个8位定时/计数器。
特点是:存储器容量较小,寻址范围小(不大于4K),无串行接口,指令系统功能不强。
性能完善提高阶段1980年,Intel公司推出了MCS-51系列单片机:8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。
寻址范围64K,并有控制功能较强的布尔处理器。
单⽚机最⼩系统
1、概念定义
单⽚机的最⼩系统就是让单⽚机能正常⼯作并发挥其功能时所必须的组成部分,也可理解为是⽤最少的元件组成的单⽚机可以⼯作的系统。
2、系统组成
对 51 系列单⽚机来说,单⽚机最⼩系统⼀般应该包括:单⽚机芯⽚、电源电路、时钟 / 晶振电路、复位电路⼏个部分。
注:⼀个可以⼯作的嵌⼊式最⼩系统其硬件还应包括:嵌⼊式微处理器、存储器、与 I / O 接⼝。
之所以单⽚机最⼩系统中没有提到,是因为这三者已经集成在 51 单⽚机芯⽚上。
2.1 电源
传统 51 单⽚机的供电电压在 4.7V - 5.2V 之间,超出此范围会烧毁单⽚机或者单⽚机不⼯作,⼀般是采⽤ 5V 供电。
2.2 晶振
晶振是⽯英晶体谐振器(quartz crystal oscillator)的简称,也称有源晶振,它能够产⽣中央处理器(CPU)执⾏指令所必须的时钟频率信号,
CPU ⼀切指令的执⾏都是建⽴在这个基础上的,时钟信号频率越⾼,通常 CPU 的运⾏速度也就越快。
只要是包含 CPU 的电⼦产品,都⾄少包含⼀个时钟源,就算外⾯看不到实际的振荡电路,也是在芯⽚内部被集成,它被称为电路系统的⼼脏。
2.3 复位电路
复位电路⽤于将单⽚机内部各电路的状态恢复到⼀个确定的初始值,并从这个状态开始⼯作。
单⽚机的复位条件:必须使其 RST 引脚上持续出现两个(或以上)机器周期的⾼电平。
2.4 传统 51 单⽚机最⼩系统。
1.51单片机系统(是什么?组成。
功能。
怎样做成)它的原理图、元器件2.矩阵键盘(是什么?怎么使用?怎样和外围结合?看例程)3.喇叭发音原理、电路组成、蜂鸣器、例程4.运算放大器5.单片机如何烧写程序一、内容提要本讲主要向大家介绍51 系列单片机的最小系统的实现并通过编写程序来实现对单片机IO 口的输出控制。
以点亮外部连接的LED (发光二极管)为例,简要的介绍单片机的原理、最小系统的组成,并通过简单的C51 程序设计来讲述编译软件Keil的使用并下载Hex 文件烧写单片机。
二、原理简介在了解原理之前,首先让我们思考一个问题,什么是单片机,单片机有什么用?这是一个有意思的问题,因为任何人都不能给出一个被大家都认可的概念,那到底什么是单片机呢?普遍来说,单片机又称单片微控制器,是在一块芯片中集成了CPU(中央处理器)、RAM(数据存储器)、ROM(程序存储器)、定时器/ 计数器和多种功能的I/O(输入/ 输出)接口等一台计算机所需要的基本功能部件,从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。
在这里,我们没必要去找到明确的概念来解析什么是单片机,特别在使用C 语言编写程序的时,不用太多的去了解单片机的内部结构以及运行原理等。
从应用的角度来说,通过从简单的程序入手,慢慢的熟悉然后逐步深入精通单片机。
在简单了解了什么是单片机之后,然后我们来构建单片机的最小系统,单片机的最小系统就是让单片机能正常工作并发挥其功能时所必须的组成部分,也可理解为是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。
对51 系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、时钟电路、复位电路、输入/ 输出设备等(见图1)。
图1 单片机最小系统框图三、电路详解依据上文的内容,设计51 系列单片机最小系统见图2。
图2 51系列单片机最小系统下面就图2 所示的单片机最小系统各部分电路进行详细说明。
1. 时钟电路在设计时钟电路之前,让我们先了解下51 单片机上的时钟管脚:XTAL1(19 脚):芯片内部振荡电路输入端。
51单片机最小系统1、为什么要讲单片机最小系统图1 (51芯片+晶振+复位)=最小系统因为单片机的应用领域极为广泛,以单片机为核心的电路千奇百怪,而单片机最小系统是最基本的、也是小的不能再省略掉任何部分的系统了。
尽管这样小了,但只要掌握它,就能设计出丰富多彩的电路来。
2、什么是单片机最小系统(注:很简单,单片机最小系统就是一块单片机芯片+晶振电路+复位电路,如图1所示:早期的单片机最小系统由于单片机芯片内部没有ROM,需外扩程序存储器,故还有地址锁存器74HC373和存储器62256,以及地址译码器74HC138等)。
3、实际的单片机最小系统电路以上单片机电路当然可以工作了,只是用起来不太方便,缺乏输出指示电路和简单输入电路,所以,一般的单片机最小系统都再配置一些附属电路,如将单片机I/O引脚引出的插排(以备以后电路扩展之需)、发光二极管、数码管、按键等电路,这样,该最小系统就“五脏具全”了,在它上面,可做不少的基本实验,以迅速提高编程能力,同时,它也是一个“工作母机”,为以后的电路扩展、开发等创造了条件。
4、单片机最小系统各电路简介图2 51单片机I/O引脚引出插排和上拉电阻排图2的J1为单片机P1口和P3口的引出插排,J2为单片机P0口和P2口的引出插排(J1和J2是以后用单片机控制其它电路时的必经之路,尤其是电子大赛时更离不开它);RP0~RP3分别为4个口的上拉电阻排;JMP4为跳线插排,默认是1、2脚短接,程序从芯片内部的ROM里读取,若以后外扩ROM及想从外部的ROM执行程序的话,就将短路帽短路2、3脚即可。
P1和P3口接的16只发光二极管,除配合RP1和RP3起上拉作用外,还可做发光管实验(如流水灯实验)。
图3为最小系统的输出指示电路,主要由两部份组成:数码管显示电路和发光管显示电路,以后绝大部分实验的结果都将会由它们显示出来,供你判断正确与否。
图3 输出指示电路(数码管和发光二极管显示电路)由图3可看出,该电路用到了单片机的P0口和P2口,P0口经芯片U4(74LS244)驱动后送发光管的阳极和数码管的段选口,JMP3跳线插排的默认位置是2、3脚短接,U4使能;若将1、2脚短接,则U4不使能;P2口通过8只PNP型三极管与数码管的位选口相连,加大拉电流的能力(数码管是共阴极的,型号是TOF-3461AH);跳线JMP2可选择接地,1、2脚短接则将8只三极管的集电极接地,可做数码管实验,2、3脚短接则将发光管的阴极接地,可做发光管的实验。
C51单片机最小系统的电路原理与制作——吴越1 C51单片机最小系统电路图及电路原理单片机最小系统,是指用最少的元件组成并可工作的单片机系统,相关的资料网上或书店都很多。
图1为一个常见的单片机最小系统电路图。
C51最小系统电路由复位电路、时钟电路组成。
另外还需要DC+5V的电源最小系统才能工作。
(1)复位电路:复位电路在单片机系统中很关键,当程序运行不正常或死机时,就需要进行复位,一般有两种复位方式。
①上电复位:由电容C3和电阻R1串联组成,系统一通电,RST脚(9脚)为高电平,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。
典型的C51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位。
一般C3取10μF、R1取10K。
也有不同取值的,原则是RC组合要在RST脚上产生2个机器周期以上的高电平。
②手动复位:由电阻R2和开关S组成,R2取值没有严格的要求,一般能把复位脚的电压下拉至0.5V以下即可,可以把R2理解为缓冲电阻或与C3、R1组成防抖动电路,也有不用R2的。
单片机通电启动后,电容C3两端的电压持续充电约为5V,此时电阻R1两端的电压接近于0V,RST脚为低电平,系统进入正常工作状态。
当按下开关S时,开关导通,电容被短路,电容释放之存储的电量。
电容两端的电压从5V降到约等于0V,电阻R1两端的电压上升到约等于5V,RST脚为高电平,系统进入复位状态。
(2)时钟电路:时钟电路由晶振CY和C1、C2组成,一般晶振的取值1.2MHz~24MHz。
典型的晶振取11.0592MHz或12MHz,11.0592MHz适用于串口通讯,12MHz适用于定时控制,C1、C2一般取15pF~50pF。
如果要自己设计单片机系统的PCB板,注意,C1、C2要紧靠晶振CY,并且晶振CY和C1、C2要紧靠C51芯片,以保证振荡器可靠的工作。
系统通电后可以检测一下晶振是否起振。
若起振,可以用示波器观察到XTAL2会输出很漂亮的正弦波波型,也可以用万用表测量(用直流档)XTAL2和地之间的电压,可以看到有2V左右的电压(有效电压值)。
复习:
1.完成全部作业
2.各个章节的基本概念
3.课堂上已经讲解过的所有程序
第一章
1.微机的组成、工作原理、I/O接口的功能、堆栈操作的特点、数据传送的方式。
2.各种计数制之间的转换。
3.原、反、补码的求法,已知补码求真值。
ASCII、BCD。
4.P0、P2、P3口的第二功能。
第二章
1.51单片机的硬件结构、特殊(专用)功能寄存器的重要意义。
位地址与字节地址的关系
2.CPU时序单位
3.51存储器系统的特点
4.定时器/计数器的工作方式和工作原理,计数初值的确定。
计数脉冲的最高频率如何确定。
5.并行I/O口的基本工作原理。
准双向的含义,为什么在输入前要先写”1”
6.51中断系统的构成、寻找中断服务程序入口地址的过程、IE和IP的功能。
第三章
1.寻址方式
2.常用指令,指令执行时对硬件的影响:寄存器会发生什么变化,rd wr引脚会有什么影响。
3.程序示例
4.汇编语言源程序的格式、伪指令。
第四章
1.51扩展的基础
2.最小系统与程序存储器扩展和数据存储器扩展的工作原理,地址/数据线、存储容量、地址范围。