項(xiàng)目4單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板制作教案

項(xiàng)目4、單片機(jī)試驗(yàn)板制作教學(xué)內(nèi)容任務(wù)1：單片機(jī)的應(yīng)用及功能介紹任務(wù)2：單片機(jī)試驗(yàn)板的設(shè)計(jì)任務(wù)3：單片機(jī)試驗(yàn)板的焊接及調(diào)試任務(wù)1：單片機(jī)的應(yīng)用及功能介紹一、單片機(jī)的概念1、微型計(jì)算機(jī)由CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行輸入/輸出接口電路、中斷限制器等大規(guī)模IC芯片安置在一個(gè)電路板上，加上鍵盤、顯示器等構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)的硬件部分。2、單片機(jī)將微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所用的大多數(shù)IC芯片集成到一個(gè)芯片中?？梢哉J(rèn)為，單片機(jī)就是將微型計(jì)算機(jī)的CPU、存儲(chǔ)器、I/O端口、中斷限制器等全部做在一個(gè)芯片中去。3、微型機(jī)與單片機(jī)在硬件結(jié)構(gòu)上比較數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)RAMCPU并行I/O程序ROM定時(shí)/計(jì)數(shù)器串型端口中斷限制器擴(kuò)展I/O端口系統(tǒng)總線（DB、AB、CB）微型計(jì)算機(jī)的組成框圖（由多個(gè)IC芯片組裝在一個(gè)主電路板上）MCS-51單片機(jī)全部單元都組裝在一個(gè)IC芯片上4、單片機(jī)的應(yīng)用目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的限制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)限制和數(shù)據(jù)處理，廣泛運(yùn)用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的平安保障系統(tǒng)；錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的限制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)限制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化限制的科學(xué)家、工程師。二、MCS-51系列單片機(jī)介紹1、MCS-51系列芯片型號片內(nèi)ROM片內(nèi)RAMI/O口線備注8031無128B+SFR8×4DIP40腳8051掩膜4KB128B+SFR8×4DIP40腳8751EPROM4KB128B+SFR8×4DIP40腳89C51FLASH4KB128B+SFR8×4DIP40腳89C2051FLASH2KB128B+SFR15簡化DIP20腳8XC5528K256B+SFR8×6增加多功能型2、MCS-51單片機(jī)內(nèi)部方框圖時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路4KROM程序存儲(chǔ)器256BRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2X16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器CPU處理器64KB總線擴(kuò)展限制器可編程I/O端口P0-3可編程串行口3、51單片機(jī)的性能和特點(diǎn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器ROM(以89C51為例)：4K的存儲(chǔ)容量；內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM：256B(128B的RAM+21B的SFR)；寄存器區(qū)：設(shè)有4個(gè)寄存器區(qū)，每一個(gè)區(qū)有R0-R7八個(gè)工作寄存器；8位并行輸入輸出端口：P0、P1、P2和P3；定時(shí)/計(jì)數(shù)器：2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；串型口：全雙工的端口（RXD：接收端，TXD發(fā)送端）；中斷系統(tǒng)：設(shè)有5個(gè)中斷源；系統(tǒng)擴(kuò)展實(shí)力：可外接64K的ROM和64K的RAM；三、51單片機(jī)的引腳功能1、MCS-51單片機(jī)的引腳定義主電源引腳:Vcc(+5V---40腳)和Vss(GND20腳);外接晶體引腳：XTAL1（19腳）、XTAL2（18腳），只要在這兩腳之間接入一個(gè)晶體震蕩器，單片機(jī)就可以以此晶體的頻率起先工作。常用的晶體頻率有0-24M，頻率越高，單片機(jī)的工作速度就越快，但單片機(jī)的功耗就要增加。限制或與電源復(fù)用引腳：RST/Vpd、ALE/PROG、PSEN和VddRST/Vpd（9腳）：在系統(tǒng)上電震蕩器起先工作時(shí)，在內(nèi)部加在此引腳上有一個(gè)兩個(gè)時(shí)鐘周期的高電平使單片機(jī)復(fù)位。但為了使系統(tǒng)復(fù)位牢靠，建議外加一個(gè)上電復(fù)位電路，延長復(fù)位的時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)掉點(diǎn)時(shí)，此引腳可以接入備用電源向單片機(jī)內(nèi)部的RAM供電，以防止RAM中的數(shù)據(jù)丟失。ALE/PROG（30腳）：以一個(gè)不變的頻率（系統(tǒng)時(shí)鐘fosc/6)周期性輸出正脈。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)用外部存儲(chǔ)器時(shí)，此信號可作為低八位地址的鎖存信號。對于EPROM型的單片機(jī),此腳還是用于寫程序時(shí)，輸入編程脈沖。PSEN（29腳）：外部程序程序存儲(chǔ)器的選通信號。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)用外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)產(chǎn)生兩次負(fù)脈沖。留意，訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，此信號無效。EA/Vpd（31腳）：外部程序存儲(chǔ)器的選擇端限制端：當(dāng)此腳加入“1”但要特殊留意：假如EA=1既運(yùn)用單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器時(shí)，假如程序計(jì)數(shù)器PC的值超過0FFFH時(shí)，單片機(jī)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器1000H起先的單元。對于EPROM型的單片機(jī)，此腳還是用于寫程序時(shí)，加入21伏的編程電壓。并行輸入輸出端口引腳（P0-P3）P0.0-P0.7P0端口線(39-32腳)：輸出實(shí)力最強(qiáng)的端口，可以帶動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載。驅(qū)動(dòng)一個(gè)MOS負(fù)載時(shí)，應(yīng)接一個(gè)10K左右的上拉電阻。假如系統(tǒng)運(yùn)用外接存儲(chǔ)器時(shí)，該口還作為地址（低八位）總線和數(shù)據(jù)總線，留意在這種狀況下，P0口就不能通用的I/O端口。P1.0-P1.7P1端口線(1–8腳)：負(fù)載實(shí)力為4個(gè)TTL負(fù)載。P2.0–P2.7P2端口線(21–28腳)：通用I/O端口。除了做通用I/O端口外，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)用外接存儲(chǔ)器時(shí)，該口還作為地址（高八位）總線，在這種狀況下，P0口就不能通用的I/O端口。負(fù)載實(shí)力為4個(gè)TTL。P3.0–P3.7P3端口線（10–17腳）：P3口除了做通用的I/O端口外，同時(shí)它還有其次功能），負(fù)載實(shí)力為4個(gè)TTL。P3口其次功能表口線定義說明口線定義說明P3.0RXD串行數(shù)據(jù)輸入口P3.4T0計(jì)數(shù)器０外部輸入信號P3.1TXD串行數(shù)據(jù)輸出口P3.5T1計(jì)數(shù)器１外部輸入信號P3.2INT0外部中斷０輸入口P3.6/WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫信號P3.3INT1外部中斷１輸入口P3.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號四、51單片機(jī)存儲(chǔ)器的配置特點(diǎn)在MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部集成了4K的程序存儲(chǔ)器和256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，同時(shí)還可以運(yùn)用片外的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其擴(kuò)展實(shí)力都是64K。從物理結(jié)構(gòu)的角度講，51單片機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)可以分為四個(gè)存儲(chǔ)空間：既片內(nèi)ROM，RAM和片外ROM、RAM。從邏輯上講（既用戶編程的角度講）51單片機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)又可分為三個(gè)存儲(chǔ)空間。既片內(nèi)RAM，片外RAM和片內(nèi)、外的程序存儲(chǔ)器ROM。五、片內(nèi)RAM低128B字節(jié)功能安排圖位尋址區(qū)位尋址區(qū)3區(qū)2區(qū)1區(qū)0區(qū)便箋區(qū)08H07H00H7FH30H2FH20H1FH18H17H10H0FH四個(gè)工作寄存器區(qū)每個(gè)區(qū)中有R0-R7八個(gè)工作寄存器位尋址區(qū)16個(gè)單元20H-2FH，共有128可尋址位個(gè)位。位地址：00H-7FH留意：位地址與字節(jié)地址的區(qū)分通用的RAM區(qū)地址：30H-7FH六、51單片機(jī)的I/O端口結(jié)構(gòu)對單片機(jī)的限制，其實(shí)就是對I/O口的限制。51單片機(jī)總共有P0、P1、P2、P3四個(gè)8位雙向輸入輸出端口，每個(gè)端口都有鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。4個(gè)I/O端口都能作輸入輸出口用，其中P0和P2通常用于對外部存儲(chǔ)器的訪問。51系列單片機(jī)有4個(gè)I/O端口，每個(gè)端口都是8位準(zhǔn)雙向口，共占32根引腳。每個(gè)端口都包括一個(gè)鎖存器(即專用寄存器P0～P3)、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入緩沖器。通常把4個(gè)端口籠統(tǒng)地表示為P0～P3。在無片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，這4個(gè)端口的每一位都可以作為準(zhǔn)雙向通用I/O端口運(yùn)用。在具有片外擴(kuò)展存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中，P2口作為高8位地址線，P0口分時(shí)作為低8位地址線和雙向數(shù)據(jù)總線。1、P0口的位結(jié)構(gòu)圖下圖為P0口的某位P0.n(n=0~7)結(jié)構(gòu)圖，它由一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器和輸出驅(qū)動(dòng)電路及限制電路組成。從圖中可以看出，P0口既可以作為I/O用，也可以作為地址/數(shù)據(jù)線用。DQDQ鎖存器CL/QP0.x引腳Vcc地址/數(shù)據(jù)1/0限制(=0時(shí))讀鎖存器讀引腳內(nèi)部總線寫鎖存器MUX(限制=0時(shí))VccP0口特點(diǎn):做通用數(shù)據(jù)I/O端口時(shí),輸出級上端的FET處于截止?fàn)顟B(tài),所以與MOS器件連接時(shí),必需接“上拉電阻”,否則不能正確的輸出高電平;在輸入操作前,為了保證輸入正確，必需先向端口“寫1”;“讀引腳”與“讀鎖存器”是不同的兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。凡是“讀—修改—寫”的操作,CPU讀的都是端口鎖存器中的數(shù)據(jù)。為了提高電路的牢靠性,端口引腳不要干脆與三極管一類器件干脆連接,應(yīng)加隔離電路或與三極管之間加一個(gè)電阻。在總線方式時(shí),P0口不能再做通用的I/O端口。它分時(shí)輸出地址、數(shù)據(jù)總線的信息（此時(shí)引腳不用外接上拉電阻）。2、P1口的位結(jié)構(gòu)圖特點(diǎn)：單純的通用I/O端口,負(fù)載實(shí)力為3個(gè)TTL輸入。與P0口的區(qū)分在于內(nèi)部具有上拉電阻，所以輸出時(shí)不用外接上拉電阻。DQDQ鎖存器CL/QP1.x引腳Vcc讀鎖存器讀引腳內(nèi)部總線寫鎖存器內(nèi)部上拉電阻3、P2口的特點(diǎn)：“通用數(shù)據(jù)I/O端口”和“高八位地址總線”端口DQDQ鎖存器CL/QP2.x引腳Vcc地址/數(shù)據(jù)1/0限制讀鎖存器讀引腳內(nèi)部總線寫鎖存器MUX(地址/數(shù)據(jù)=0)內(nèi)部上拉電阻4、P3口特點(diǎn)：通用I/O端口、多用途端口DQDQ鎖存器CL/QP3.x引腳替代輸出功能讀鎖存器讀引腳內(nèi)部總線寫鎖存器MUX(地址/數(shù)據(jù)=0)Vcc在多用途狀況下，P3口分別作為串行口、外中斷輸入、外部計(jì)數(shù)輸入和系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)運(yùn)用的WR和RD信號的端口。在這種狀況下，鎖存器Q端為“1”電平以保證與門是打開的。在通用I/O模式下，“替代輸出功能”端為“1”電平，以保證與門打開。七、并行端口在運(yùn)用時(shí)應(yīng)留意的幾個(gè)問題“拉電流”還是“灌電流”----與大電流負(fù)載的連接運(yùn)用灌電流的方式與電流較大的負(fù)載干脆連接時(shí),端口可以汲取約20mA的電流而保證端口電平不高于0.45V（見右上圖）。采納拉電流方式連接負(fù)載時(shí)，AT89C51所能供應(yīng)“拉電流”僅僅為80μA，否則輸出的高電平會(huì)急劇下降.假如我們采納右下圖的方式，向端口輸出一個(gè)高電平去點(diǎn)亮LED，會(huì)發(fā)覺，端口輸出的電平不是“1”而是“0”！當(dāng)然，不是全部的單片機(jī)都是這樣，PIC單片機(jī)就可以供應(yīng)30mA的拉電流和灌電流。單對于大多數(shù)IC電路，最好還是運(yùn)用“灌電流”去推動(dòng)負(fù)載。Px.yVddPx.yVddVdd灌電流方式輸出”0”點(diǎn)亮LED拉電流方式輸出高電平點(diǎn)亮LEDPx.yVdd八、單片機(jī)與繼電器等大電流負(fù)載的接口我們知道:AT89C51的端口可以汲取約20mA的電流.對于繼電器等大于20mA的負(fù)載,單片機(jī)可以采納右圖的接法,用一個(gè)三極管來擔(dān)當(dāng)負(fù)載所需的大電流.若于負(fù)載電流易造成干擾單片機(jī)的環(huán)境,應(yīng)采納右下圖”光電隔離”的方式.其中:A、B兩處沒有任何電的聯(lián)系.Px.yPx.y負(fù)載VccJJVccVddPx.yAB九、復(fù)位電路MCS-51MCS-51RSTVccMCS-51RSTVcc1K10ΩtVT延長上電復(fù)位時(shí)間的電路和RST端上電電壓曲線具有手動(dòng)復(fù)位功能的復(fù)位電路RCXTAL2XTAL1XTAL2XTAL1NC外時(shí)鐘運(yùn)用外時(shí)鐘時(shí)的電路連接XTAL1XTAL220P20PMCS-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成震蕩器的高增益反相放大器.在單片機(jī)引腳的XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入和輸出端.與作為反饋元件的晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激震蕩器(見右上圖).假如運(yùn)用外部震蕩器信號,其外來的信號加在XTAL1的引腳上任務(wù)2：單片機(jī)試驗(yàn)板的設(shè)計(jì)一、試驗(yàn)板系統(tǒng)功能要求流水燈試驗(yàn)數(shù)碼管試驗(yàn)鍵盤試驗(yàn)溫度測量及顯示試驗(yàn)日歷時(shí)鐘顯示試驗(yàn)液晶顯示試驗(yàn)二、單片機(jī)的選型及復(fù)位、時(shí)鐘電路1、單片機(jī)的選型：AT89S52，它是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦鞋的制度程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采納ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中心處理器和Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52供應(yīng)了高性價(jià)比的解決方案。其內(nèi)部有足夠本系統(tǒng)對存儲(chǔ)器的要求，不用外擴(kuò)電路簡潔。2、系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)采納內(nèi)部方式。引腳XTAL1和XTAL2是時(shí)鐘電路的連接端。系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22pF。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以削減寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和牢靠地工作。3、復(fù)位電路的設(shè)計(jì)MS-51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位電路通常采納上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位倆種方式，此電路系統(tǒng)采納的是上電與按鈕復(fù)位電路，如圖所示當(dāng)時(shí)鐘頻率選用12MHz時(shí)，C1取10uF，R1約為10k歐。三、P0口的功能定義1、限流電阻模板的設(shè)計(jì)P0口作為公共的顯示通道，用來驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管及數(shù)碼管各碼段的顯示，顯示電流10mA左右，限流電阻為330歐姆。制作一個(gè)電阻排插件，用于選擇發(fā)光管、數(shù)碼管及液晶顯示器的顯示數(shù)據(jù)通道。如圖：2、液晶顯示器數(shù)據(jù)通道的設(shè)置P0口作為液晶顯示器的數(shù)據(jù)通道，傳輸高電平數(shù)據(jù)時(shí)須要10K的上拉電阻。選擇10K電阻排如圖：3、LED二極管顯示電路在線路板上設(shè)置8個(gè)LED小燈通過插接電阻板連接到單片機(jī)的P0口上，通過程序限制巡回閃亮。四、P2口的功能定義1、溫度傳感器的連接P2.0作為溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)及限制通道，傳輸限制吩咐，讀取溫度值。2、LED數(shù)碼顯示的限制①數(shù)碼管的選擇及引腳圖LED數(shù)碼管型號為：LD-5461BS時(shí)鐘數(shù)碼管，紅色，共陽②數(shù)碼管電路的連接P2.1~P2.4作為數(shù)碼管的位選端，經(jīng)三極管9012把高電平加到每位數(shù)碼管的陽極。每段數(shù)碼管的陰極由P0口限制顯