1、单片机最小系统的设计与制作单片机最小系统的设计与制作单片机最小系统的设计与制作第第1章、章、认识认识AT89S51单片机单片机 第第2章、章、单片机的程序下载方法单片机的程序下载方法 第第3章、章、单片机最小系统的设计单片机最小系统的设计第第4章、章、单片机最小系统的制作单片机最小系统的制作 单片机最小系统的设计与制作一、单片机基本知识一、单片机基本知识 1单片机的概念单片机的概念单片微型计算机简称单片机。它把组成微型计算机的中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、I/O接口电路、定时/计数器及串行通信接口等功能部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。
2、国际上通常称单片机为微控制器(MCU)，又称为嵌入式微控制器(EMCU)。第第1章、认识章、认识AT89S51单片机单片机单片机最小系统的设计与制作2单片机的发展概况单片机的发展概况单片机诞生至今，已发展成上百种系列的近千个品种。单片机的发展大致分为如下5个阶段。(1)单片机的诞生：1971年美国Intel公司研制的4位微处理器Intel 4004。(2)单片机的初级阶段：以1976年Intel公司研制的MCS-48为代表。(3)单片机的完善阶段：以Intel公司的MCS-51系列为代表。由于这类单片机的应用领域极其广泛，各大公司竞相研制，共约有几十个系列、300多个品种。其中，MCS-51系
3、列单片机因其优良的性能价格比处于主导地位。单片机最小系统的设计与制作(4)单片机向微控制器过渡阶段：实时处理能力更强，主频更高，同时配置了多路的A/D、D/A转换通道，适用于更复杂的控制系统。以MCS-51兼容的8位单片机为主流。(5)微控制器全面发展阶段：世界各大单片机研制公司相继推出了高速、大寻址范围、强运算能力的通用型或专用型的单片机。单片机最小系统的设计与制作3单片机的应用单片机的应用单片机的应用范围十分广泛，主要的应用领域如下：(1)工业控制方面的应用：单片机可以构成各种工业控制系统、数据采集系统等。如数控机床、自动生产线控制、电机控制、温度控制、航空航天导航系统、电梯智能控制等。(
4、2)仪器仪表方面的应用：如智能仪器、医疗器械、数字示波器、各种物理量的测量仪器等。(3)计算机外部设备与智能接口方面的应用：如图形终端机、传真机、复印机、打印机、绘图仪、磁盘/磁带机、程控交换机、通信终端等。单片机最小系统的设计与制作(4)商用产品方面的应用：如自动售货机、电子收款机、电子秤等。(5)家用电器方面的应用：如微波炉、电视机、空调、洗衣机、录像机、音响设备等。单片机在工业、农业、商业、金融、教育、科研、国防等领域有着十分广泛的应用。单片机最小系统的设计与制作二、二、AT89S51单片机的封装及引脚功能单片机的封装及引脚功能 AT89S51 采用40引脚DIP封装。图1-1 AT89
5、S51的实物图 单片机最小系统的设计与制作AT89S51共40个引脚，如图1-2所示，大致分为如下四类。图1-2 AT89S51的引脚分布图(1)电源引脚。VCC(40脚)：电源端，接+5 V电源。VSS(20脚)：接地端(GND)。(2)时钟电路引脚。XTAL1(19脚)：外接晶振输入端。XTAL2(18脚)：外接晶振输出端。单片机最小系统的设计与制作(3)控制线引脚。RESET/VPD(9脚)：复位端/备用电源输入端。在单片机正常工作状态下，当RESET端出现持续两个机器周期以上的高电平时，单片机实现复位操作。VPD端可外接备用电源，以便在VCC掉电或电压降到一定值时向单片机供电。/VPP
6、(31脚)：片外程序存储器选择输入端/Flash存储器编程电源端。端为低电平时，访问外部程序存储器（片外ROM），为高电平时，直接访问片内ROM。VPP端是对AT89S51片内Flash存储器编程时作为编程允许电源+12 V的输入端。EAEAEA单片机最小系统的设计与制作ALE/(30脚)：地址锁存允许端/编程脉冲输入端。当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE端输出的脉冲用于锁存P0口(即P0.0P0.7)分时送出的低8位地址(下降沿有效)。当不访问外部存储器时，该端以时钟频率的1/6输出固定的正脉冲信号，可用作外部定时脉冲源。对内部Flash存储器编程期间，该引脚用于输入编程脉冲。(29
7、脚)：读片外程序存储器选通信号输出端。当AT89S51从外部程序存储器取指令时，端产生负脉冲，作为外部ROM的选通信号。在访问外部RAM或片内ROM时，不产生有效的PSEN非信号。PROGPSENPSEN单片机最小系统的设计与制作(4)I/O引脚(P0P3口)。P0口(3239脚)：P0.7/AD7P0.0/AD0，是8位双向I/O口，也是地址/数据总线复用口。当P0口作输入/输出口用时，必须外接上拉电阻。当访问片外存储器时，P0口用作地址/数据分时复用口线。P1口(18脚)：P1.0P1.7，是8位双向I/O口，内部带上拉电阻。P1口的第二功能：ISP在系统编程。P1.5 MOSI(主机发送
8、从机接收）；P1.6 MISO(主机接收从机发送）；P1.7 SCK(主机发送的时钟信号）；单片机最小系统的设计与制作P2口(2128脚)：P2.0/A8P2.7/A15，是8位双向I/O口，内部带上拉电阻。当访问片外存储器时，P2口用作高8位地址总线。P3口(1017脚)：P3.0P3.7，是8位双向I/O口，内部带上拉电阻。P3口的每一个引脚可作为一般I/O口用，此外还具有第二功能：单片机最小系统的设计与制作表表1-1 P3口的第二功能口的第二功能 单片机最小系统的设计与制作三、三、AT89S51单片机的内部结构单片机的内部结构单片机最小系统的设计与制作1、存储器单片机的存储器分两种：程序
9、存储器和数据存储器。单片机存储器采用哈佛结构，它将程序存储器和数据存储器分开编址，各自有自己的寻址方式。(1)程序存储器：用于存放已编写好的程序及数据表格。AT89S51中采用的是Flash，其存储容量为4KB。需要指出的是，在64 KB的ROM中，0003H、000BH、0013H、001BH和0023H5个单元地址在AT89S51单片机中是系统专用的，用户不能更改。(2)数据存储器：用于存放输入/输出数据、中间运算结果，常用类型为RAM。AT89S51中的数据存储器较小，存储容量仅为128 B。若存储器空间不够用，可以外部扩展。单片机最小系统的设计与制作单片机最小系统的设计与制作低128
10、B数据存储器的地址空间分配：单片机最小系统的设计与制作 工作寄存器区：地址范围为0000H001FH，共32个存储单元，分为四组，每组有8通用寄存器R0R7。每组均可作为CPU当前的工作寄存器，可通过程序状态字(PSW)的RS1、RS0两位进行当前工作状态的设置，如表1-2所示。当复位时，自动选中第0组工作寄存器。一旦选中了一组，其他三组的地址空间只用于数据存储器，不能作为寄存器，如果有需要必须重新设置。单片机最小系统的设计与制作表表1-2 工作寄存器组选择表工作寄存器组选择表单片机最小系统的设计与制作 位寻址区：地址范围为0020H002FH，共16个字节，每个字节8位，共128位，其地址编
11、码为0000H007FH，这些地址单元构成了位寻址区，如表1-3所示。位寻址区既可采用位寻址方式访问，也可采用字节寻址方式访问。用户RAM区：地址范围为30H7FH，共80个单元，可作为堆栈或数据缓冲使用。单片机最小系统的设计与制作表表1-3 位寻址区地址分配表位寻址区地址分配表 单片机最小系统的设计与制作2、特殊功能寄存器：AT89S51单片机中共有21个SFR并分布在80HFFH地址范围中。单片机最小系统的设计与制作单片机最小系统的设计与制作 累加器ACC累加器ACC(简称A寄存器或累加器A)是一个具有特殊用途的8位寄存器，主要用来存放一个操作数或存放运算的结果。累加器ACC是CPU中使用
12、最频繁的寄存器，MCS-51指令系统中多数指令的执行都通过它进行。寄存器B寄存器B也是一个8位寄存器，在乘法和除法运算中用作ALU的输入之一。其他情况下，B可作为一个工作寄存器使用。单片机最小系统的设计与制作 程序状态字(Program State Word，PSW)程序状态字(PSW)是一个8位寄存器，用来保存指令执行结果的状态信息，为后续指令的执行提供状态条件。其各位定义如下：CY：进位标志位，又称为“位累加器”。AC：辅助进位标志位。F0：用户通用状态标志位。RS1、RS0：当前工作寄存器区选择位。单片机最小系统的设计与制作OV：溢出标志位。：保留位。P：奇偶标志位。堆栈指针(Stack
13、 Pointer，SP)堆栈是指用户在单片机内部RAM中开辟的、遵循“先进后出”原则、只能从一端存取数据的一个存储区。把存取数据的一端称为栈顶，用一个专用8位寄存器SP来表示，称为堆栈指针。MCS-51的堆栈是向上(即向地址增加的方向)生成的，堆栈指针SP的初始值称为栈底。在堆栈操作过程中，SP始终指向堆栈的栈顶。单片机最小系统的设计与制作 数据指针寄存器(DPTR)数据指针寄存器(DPTR)是一个16位的专用寄存器，其高位字节寄存器用DPH表示，低位字节寄存器用DPL表示。DPTR既可作为一个16位寄存器DPTR来处理，也可作为两个独立的8位寄存器DPH和DPL来处理。DPTR主要用来存放1
14、6位地址，可通过它访问64KB外部数据存储器或外部程序存储器空间。程序计数器(Program Counter，PC)PC是CPU的最基本部件，它是一个独立的16位程序计数器，但不属于特殊功能寄存器，不可以访问，在物理结构上是独立的，用于存放下一条待执行指令的地址。单片机最小系统的设计与制作PC的基本工作过程可以描述为：PC中的数作为指令地址输出给程序存储器，程序存储器按此地址输出指令字节，同时PC本身自动加1，指向下一条指令。但在执行转移、调用类指令或响应中断等操作时，PC的工作过程将有所不同。MCS-51的PC是一个16位寄存器，其寻址范围是64 KB(即216 B)。在MCS-51指令系统
15、中有一类基址加变址寻址的指令，PC可用作该类指令的基本地址寄存器。3、输入/输出(I/O)接口AT89S51的输入/输出接口包括4个8位并行口(P0P3)，共32根口线。单片机最小系统的设计与制作4、其他内部资源AT89S51内部还有2个16位定时/计数器、中断系统和1个全双工串行口。定时/计数器：可以通过对系统时钟计数实现定时，也可对外部事件的脉冲进行计数。中断系统：有5个中断源，其中外部中断源2个(由单片机的外围引脚、引入)、内部中断源3个(分别由2个定时/计数器及串行口产生)。可以对5个中断源进行中断允许和中断优先级的控制。单片机最小系统的设计与制作全双工串行口：一个可编程全双工串行通信
16、接口，具有通用异步接收/发送器(UART)的全部功能，可以同时进行数据的接收和发送，还可以作为一个同步移位寄存器使用。单片机最小系统的设计与制作第第2章：单片机的程序下载方法章：单片机的程序下载方法一、用编程器下载：单片机最小系统的设计与制作二、ISP下载：单片机最小系统的设计与制作单片机最小系统的设计与制作三、程序下载步骤 1、用汇编语言或C语言编写源程序；2、用编译软件（如keilC51）编译出.hex文件；3、用下载软件（如stc-isp-v3）下载程序；1）打开软件 2）选择器件 3）“Open Fle”选择已编译好的.hex 文件 4）单片机不要上电，点击“Download/下载”5
17、）出现“仍在连接中，请给 MCU 上电.”后，给单片机上电 6）如果下载成功，会出现download ok字样单片机最小系统的设计与制作一、单片机最小系统的构成一、单片机最小系统的构成单片机最小系统是指在尽可能少的外部条件下，能使单片机独立工作的系统。以AT89S51为例，由AT89S51外接时钟电路和复位电路即可构成单片机最小系统。考虑到在实验过程中的实际需要，本最小系统应包含以下电路：1、时钟电路和复位电路；2、程序下载电路；3、键盘电路；4、电源电路；第第3章、单片机最小系统的设计章、单片机最小系统的设计单片机最小系统的设计与制作1、时钟电路和复位电路；、时钟电路和复位电路；单片机最小系
18、统的设计与制作单片机复位就是对单片机进行初始化操作，使程序从0000H开始执行。要实现复位操作，只需在AT89S51单片机的RST引脚上保持2个机器周期以上的高电平信号就可以了。单片机的复位电路有两种形式：上电复位和按钮复位。内部时钟电路的石英晶体振荡器频率一般选择在160 MHz之间，谐振电容采用2030 pF的瓷片电容。单片机最小系统的设计与制作单片机复位后内部各寄存器的状态单片机复位后内部各寄存器的状态 单片机最小系统的设计与制作2、程序下载电路、程序下载电路下图为AT89S51单片机的ISP下载电路，接口采用10芯牛角插座。单片机最小系统的设计与制作3、键盘电路、键盘电路为了预设环境参
19、数值（温度、湿度及光照度），应设置键盘电路。考虑编程的方便，设置4键盘电路。单片机最小系统的设计与制作按键功能如下：S1：选择键。按1次，选择预设“温度值”；按2次，选择预设“湿度值”；按3次，选择预设“光照度值”。S2：+键。短按1次，相应的预设值+1，长按（按的时间超过1秒），相应的预设值快速增加。S3：-键。短按1次，相应的预设值-1，长按（按的时间超过1秒），相应的预设值快速减小。S4：确认键。按下该键，预设值生效，并退出预设状态。说明：当按键松开后，如在10秒内没有任何按键按下，则自动退出预设状态。单片机最小系统的设计与制作按键子程序流程图：按键子程序流程图：单片机最小系统的设计与制
20、作单片机最小系统的设计与制作4、电源电路、电源电路为了系统能正常工作，必须具备+5V电源。根据外设的不同，有些芯片还需要+12V、-12V等电源。电源的解决方案：1）用三端稳压芯片自制+5V、+12V线性稳压电源；2）采用AC-DC电源模块；3）用实验室提供的稳压电源。单片机最小系统的设计与制作1）用三端稳压芯片自制+5V、+12V线性稳压电源单片机最小系统的设计与制作2）采用AC-DC电源模块单片机最小系统的设计与制作不管采用哪种电源，在单片机最小系统板上要具备电源接口，并设置一个电源指示灯。单片机最小系统的设计与制作第第4章、单片机最小系统的制作章、单片机最小系统的制作一、做好整体布局规划
21、一、做好整体布局规划首先要在万能板上做好主要元器件和接插件的整体布局规划。主要元器件有：单片机（插座）、时钟电路、复位电路、键盘电路、电源指示电路。主要接插件有：P1、P2、P3、P4四组I/O端口；程序下载接口；电源接口。单片机最小系统的设计与制作整体布局参考图：单片机最小系统的设计与制作二、焊接与连线二、焊接与连线先把元器件焊接牢固，然后连线，连线尽量走底层。用单股线剥光后连接的，布线尽量不交叉，布线还要比较美观。单片机最小系统的设计与制作三、检查三、检查1、先不通电检查：检查有无漏焊、错焊、短路等现象。2、通电检查。单片机最小系统的设计与制作四、调试四、调试LED灯闪亮测试：1、在单片机
22、的某个I/O口（如P1.0）接一个LED灯，如下图：单片机最小系统的设计与制作 2、输入源程序：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN:CPL P1.0；晶振12MHz，亮1秒、灭1秒，周期为2秒 LCALL DELAY SJMP MAIN ;*晶振12MHz则延时1秒*DELAY:MOV R2,#020H D1:MOV R3,#64H D2:MOV R4,#0F8H DJNZ R4,$DJNZ R3,D2 DJNZ R2,D1 RET ;*延时程序结束*单片机最小系统的设计与制作 3、编译程序，得到.hex文件；4、下载程序；5、运行程序：LED灯亮1秒、灭1秒，不断循环。
