3.1--單片機及其最小應用系統(tǒng)ppt課件.ppt

單片機最小系統(tǒng)設計 掌握最小系統(tǒng)的組成掌握最小系統(tǒng)的應用 1 一單片機最小系統(tǒng)的概述 所謂單片機最小系統(tǒng) 是指用最少的元件能使單片機工作起來的一個最基本的組成電路 那么拿到一塊單片機芯片 想要使用它 怎么辦呢 首先要知道怎樣連線 對51系列單片機來說 最小系統(tǒng)一般應該包括 CPU 8位三態(tài)D鎖存器 ROM和RAM這三樣 還要加上晶振電路 復位電路等 同時 單片機要正常運行 還必須具備電源正常 時鐘正常 復位正常三個基本條件 2 圖3 1 a 單片機最小系統(tǒng)電路原理圖 單片機最小系統(tǒng)的設計 3 時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號 而時序所研究的是指令執(zhí)行中各地信號之間的相互關系 單片機本身就如一個復雜的同步時序電路 為了保證同步工作方式的實現(xiàn) 電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作 1 時鐘信號的產(chǎn)生在MCS 51芯片內(nèi)部有一個高增益相反相放大器 其輸入端為芯片引腳XTAL1 其輸出端為引腳XTAL2 而在芯片的外部 XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容 從而構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器 這就是單片機的時鐘電路 如圖1 3 2所示 知識鏈接 1 單片機的時鐘電路 4 時鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過觸發(fā)器進行二分頻之后 才成為單片機的時鐘脈沖信號 請讀者特別注意時鐘脈沖與振蕩脈沖之間的二分頻關系 否則會造成概念上的錯誤 一般電容C1和C2取30pF左右 晶體的振蕩頻率范圍是1 2MHZ 12MHZ 晶體振蕩頻率高 則系統(tǒng)的時鐘頻率也高 單片機運行速度也就快 MCS 51在通常應用情況下 使用振蕩頻率為的6MHZ或12MHZ 1 單片機的時鐘電路 知識鏈接 5 2 引入外部脈沖信號在由多片單片機組成的系統(tǒng)中 為了各單片機之間時鐘信號的同步 應當引入唯一的公用外部脈沖信號作為各單片機的振蕩脈沖 這時外部的脈沖信號是經(jīng)XTAL2引腳注入 其連接如圖1 3 3所示 知識鏈接 1 單片機的時鐘電路 6 單片機復位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài) 并從這個狀態(tài)開始工作 無論是在單片機剛開始接上電源時 還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位 所以 必須弄清楚MCS 51型單片機復位的條件 復位電路和復位后狀態(tài) 單片機復位的條件是 必須使RST VPD或RST引腳 9 加上持續(xù)二個機器周期 即24個振蕩周期 的高電平 例如 若時鐘頻率為12MHZ 每機器周期為1us 則只需2us以上時間的高電平 在RST引腳出現(xiàn)高電平后的第二個機器周期執(zhí)行復位 單片機常見的復位電路如圖1 3 4 a b 所示 7 圖1 3 4 a 為上電復位電路 它是利用電容充電來實現(xiàn)的 在接電瞬間 RST端的電位與VCC相同 隨著充電電流的減少 RST的電位逐漸下降 只要保證RST為高電平的時間大于2個機器周期 便能正常復位 圖1 3 4 b 為按鍵復位電路 該電路除具有上電復位功能外 若要復位 只需按圖1 3 4 b 中的RESET鍵 此時電源VCC經(jīng)電阻R1 R2分壓 在RST端產(chǎn)生一個復位高電平 8 單片機復位期間不產(chǎn)生ALE和信號 即ALE 1和 1 這表明單片機復位期間不會有任何取指操作 復位后 內(nèi)部各專用寄存器狀態(tài)如下 9 其中x表示無關位 請注意 1 復位后PC值為0000H 表明復位后程序從0000H開始執(zhí)行 這一點在實訓中已介紹 2 SP值為07H 表明堆棧底部在07H 一般需重新設置SP值 3 P0 P3口值為FFH P0 P3口用作輸入口時 必須先寫入 1 單片機在復位后 已使P0 P3口每一端線為 1 為這些端線用作輸入口做好了準備 10 任務4單片機應用系統(tǒng)的設計 由此可見 單片機應用系統(tǒng)的設計人員必須從硬件和軟件兩個角度來深入了解單片機 并能夠將二者有機結合起來 才能形成具有特定功能的應用系統(tǒng)或整機產(chǎn)品 通過單片機的I O接口 在其周圍可以設置很多的外圍應用電路 下面我們以一些典型外圍電路進行說明 11 8051最小應用系統(tǒng) 返回本節(jié) 12 相關知識 74LS373是一個8D三態(tài)鎖存器當三態(tài)允許控制端OE為低電平時 Q0 Q7為正常邏輯狀態(tài) 可用來驅動負載或總線 當OE為高電平時 Q0 Q7呈高阻態(tài) 即不驅動總線 也不為總線的負載 但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響 1 8位三態(tài)D鎖存器74LS373的使用 13 14 2 2764芯片的使用2764芯片是一塊8KB的EPROM程序存儲器 有28只引腳 分成地址線 數(shù)據(jù)線和控制線 3 最小系統(tǒng)的解釋1 分時使用的方法 1 硬件連接 2 軟件2 存儲器容量的計算方法3 片選地址的計算 15 相關知識 1 簡單控制部件簡介1 繼電器2 光耦3 指示燈 16 相關知識 2 彩燈控制器的設計1 硬件設計2 彩燈控制器軟件設計 1 延時程序 2 數(shù)據(jù)編碼 3 編程 4 調(diào)試程序 17 1 實現(xiàn)顯示輸出的發(fā)光二極管電路8路發(fā)光二極管顯示電路如圖1 4 2所示 8個采用共陽極連接方式的發(fā)光二極管 每個發(fā)光二極管均接有限流電阻 只要將單片機最小系統(tǒng)中的任意一個I O口與之相連接 就可以構成一個單片機最小應用系統(tǒng)電路 當單片機I O口輸出低電平時 發(fā)光二極管就亮 而輸出高電平時 發(fā)光二極管就不亮 圖1 4 28路發(fā)光二極管顯示電路 單片機應用系統(tǒng)的應用 18 1 8只LED彩燈花樣控制仿真2 LED彩燈控制器硬件設計1 PCB制作 1 PCB制作廠家制作 2 用雕刻機制作 3 自己手工制作 4 用萬能板制作2 電路調(diào)試 單片機最小系統(tǒng)設計 19 拓展知識 1 元器件布局的一般方法和要求 1 元器件在PCB上的分布應盡量均勻 密度一致 2 PCB上元器件的排列應整齊美觀 3 元器件安裝的位置應避免互相影響 4 變壓器 扼流圈 大電容器 繼電器等大而笨重的元器件可安裝在主印制電路板之外的輔助底板上 利用附件將它們緊固 以利于加工和裝配 單片機最小系統(tǒng)設計 20 2 布設導線的一般方法和要求 1 公共地線應盡可能布置在PCB的最邊緣 便于PCB安裝以及與地相連 2 為減小導線間的寄生耦合 布線時應按信號的順序進行排列 盡可能將輸入線和輸出線的位置遠離 最好采用地線將兩端隔開 3 提供大信號的供電線和提供小信號的供電線應分開 特別是地線 最好是一點共地 4 高頻電路中的高頻導線 三極管各電極引線及信號輸入 輸出線應盡量做到短而直 易引起自激的導線應避免互相平行 宜采取垂直或斜交布線 單片機最小系統(tǒng)設計 21 3 印制導線的尺寸和圖形1 印制導線的寬度2 印制導線的間距3 印制導線的形狀 1 除地線外 同一PCB上導線的寬度盡可能保持一致 2 印制導線的走向應平直 不應出現(xiàn)急劇的拐彎或尖角 3 應盡量避免印制導線出現(xiàn)分支 單片機最小系統(tǒng)設計 22 4 焊盤的形狀和尺寸為了增加在焊接元器件與機械加工時印制導線與基板的粘貼強度 必須將導線加工成圓形或島形 如圖3 14所示 環(huán)外徑應略大于其相交的印制