静下心来教书,潜下心来育人,专注电子入门技术,打造电子入门教学启蒙网,提供一站式服务!--刘昆山
科教电子制作
下载中心
电阻
电容
二极管
三极管
集成电路
电工基础
模拟电路
数字电路
高频电路
电子制作工具
芯片资料
电子实验
教学问答
PCB设计
PLC教程
家用电器
电子工艺
电视技术
书籍推荐
电子英语
电子视频教程
教育心理学
教学论文
教研论文
教学理论
教学管理
评语大全
职业教育
教育政策
名家思想
人际关系学
科教电子制作
您的位置网站首页>>跟我学单片机>>《教师吧》课堂:第七课:单片机最小系统的设计-点亮一个LED
责任编辑:刘昆山

  【摘 要】本文通过阐述AT89S51单片机最小系统的设计与制作过程,全面介绍了单片机产品的设计过程,从功能框图设计、原理图设计、PCB板布局、硬件电路的焊接、程序的编写、以及单片机产品的制作步骤和单片机产品调试技巧。

  【关键字】单片机,单片机最小系统,制作步骤

    各位朋友,大家好,我是教师吧http://www.jiaoshi8.com的站长刘昆山老师,下面我们开始今天的学习了。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以单片机为核心元件的可以正常工作的具有特定功能的单片机系统,是单片机产品开发的核心电路,下面我们就来设计单片机最小系统,实现的功能为八路流水灯,同时应具有上电复位和手动复位功能,并且使用单片机片内程序存储器村放用户程序。

   一、单片机最小系统框图设计

   对51系列单片机来说,单片机要正常工作,必须具有五个基本电路,也称五个工作条件:1、电源电路,2、时钟电路,3、复位电路,4、程序存储器选择电路,5、外围电路。因此,单片机最小系统一般应该包括单片机、晶振电路、复位电路、外围电路等,如下面的框图所示:

           图 1

  二、单片机最小系统原理图设计

   1、电源电路设计

   单片机芯片的第40脚为正电源引脚VCC,一般外接+5V电压。第20脚为接地引脚GND,常见电源电路设计如下图2所示:

  2、时钟电路设计

  单片机是一种时序电路,必须要有时钟信号才能正常工作。单片机芯片的18脚(XTAL2)、19脚(XTAL1)分别为片内反向放大器的输出端和输入端,只要在18脚(XTAL2)和19脚(XTAL1)之间接上一个晶振,再加上2个30PF的瓷片电容即可构成单片机所需的时钟电路。常见的时钟电路如下:

  注意,当采用外部时钟时,19脚(XTAL1)接地,18脚(XTAL2)接外部时钟信号,本文就不详细讨论了。

  3、复位电路的设计

  单片机芯片的第9脚RST(Reset)是复位信号输入端。单片机系统在开机时或在工作中因干扰而使程序失控,或工作中程序处于某种死循环状态等情况下都需要复位。复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。MCS-51系列单片机的复位靠外部电路实现,信号从RST引脚输入,高电平有效,只要保持RST引脚高电平2个机器周期,单片机就能正常复位。 常见的复位电路有上电复位电路和按键复位电路二种:

  4、程序存储器选择电路

  单片机芯片的第31脚(EA)为内部与外部程序存储器选择输入端。当EA引脚接高电平时,CPU先访问片内4KB的程序存储器,执行内部程序存储器中的指令,当程序计数器超过0FFFH时,将自动转向片外程序存储器,既是从1000H地址单元开始执行指令;当EA引脚接低电平时,不管片内是否有程序存储器,CPU只访问片外程序存储器。
  AT89S51内部有4KB的程序存储器,所以根据该脚的引脚功能,只要将该脚接上高电平,才能先从片内程序存储器开始取指令。
  常见的程序存储器选择电路就是将第31脚直接接到正电源上。

  5、外围电路的设计

  外围电路的设计主要依据项目要实现的功能,本项目要实现的功能是用单片机控制一个LED,先来分析下面的LED工作原理图:

  如果用“1”表示高电平,“0”表示低电平。当开关K接上高电平,既是K=1时,LED1不亮;当开关K接上低电平,既是K=0时,LED1亮。LED1的亮与灭完全受开关K的控制。
  如果把开关K换成单片机的第1个引脚,电路设计如下:

  现在只需要通过指令SETB P1.0就可以控制单片机的第1个引脚输出高电平,进而控制LED的不亮。或通过指令CLR P1.0控制单片机的第1个引脚输出低电平,进而控制LED的发光。从图6到图7实现了开关控制到软件控制LED的一种转变。

  单片机的主要控制功能是通过单片机的I/O口按不同时序输出不同的高低电平控制外部的电路实现特定的功能。依据单片机的P0、P1、P2、P3口的功能特点和单片机最小系统要实现简单的点亮一个LED的功能,我们采用P1.0引脚作为控制一个LED的端口,依据单片机的引脚功能和单片机工作的条件,综合上面的设计电路,设计的AT89S51单片机最小应用系统如下图8所示,电路原理图设计如下:

  
            图 8

  三、单片机最小系统程序编写

  当单片机最小应用系统的硬件电路设计完毕后,单片机最小应用系统的设计工作还没有完成,因为单片机产品需要硬件+软件共同支持才能正常工作,这里提到的软件主要是指用户编写的源程序。这也是区别于传统的电子产品的地方。

  本系统要实现的主要功能是点亮一个LED,根据外围电路的设计,只需要通过指令控制单片机的第一个引脚输出低电平,就可以使第一个LED发光。

  采用汇编语言编程序如下:

ORG 0000H ;起始伪指令ORG,指示随后的指令代码从0000H地址单元开始存放。
LJMP START ;跳转到标号START处去执行。
ORG 0030H ;起始伪指令ORG,指示随后的指令代码从0030H地址单元开始存放。
START:CLR P1.0;第一个引脚输出低电平,点亮LED。
END ;结束伪指令,说明程序到此结束。

  采用C语言编程序如下:

#include<reg52.h>//包含头文件
sbit led1=P1^0;//定义变量led1为P1.0,也就是单片机的第一个引脚。
void main()//主程序开始,C语言唯一的一个主程序。
{
 led1=0;//让单片机的第一个引脚输出低电平,点亮LED。
}

  四、单片机最小系统所需的元件清单

  要制作本单片机最小系统,需要购买下面的元件,清单如下:

   五、单片机最小系统制作步骤

  (一)硬件电路的焊接步骤

  第一步:到电子市场上购买元件清单上列出的材料,正常的价格在20元以内。
  第二步:对所有元件进行检测,确保每个元件的质量。
  第三步:在万能板上依据单片机最小应用系统原理图设计PCB电路图。进行规划振荡电路、复位电路、电源电路、外围电路、单片机芯片的布局时要疏密合理。
  第四步:依据PCB电路图,先焊接振荡电路,再焊接外围电路,复位电路,电源电路。焊接的时候要注意晶振电路应尽量靠近单片机芯片,性能会更稳定。

   (二)把用户编写的程序写入单片机芯片中。

  第一步:打开KEIL C51软件,建立工程文件和程序文件并做好相应的设置,把上面的八路流水灯源程序输入电脑并保存好。
  第二步:用KEIL C51调试、编译程序,并生成目标文件*.HEX。
  第三步:接好编程器,打开DownloadMcu软件,把目标文件写入单片机芯片中。
  第四步:取下芯片,装在单片机最小系统上,接上电源,调试程序。

   六、单片机最小系统的调试技巧

   正常情况下,接上电源后都可以正常观测到结八路流水灯的效果,如果没有效果,那我们应该从下面几个步骤来检测:
  第一步:用万用表检测电源是否接通,主要是看看40脚和20脚之间是否有5V电压。
  第二步:检测第31引脚,是否有5V电源,目的是确保使用了片内存储器。
  第三步:检测P3口或P2口的空闲电压是否有5V电压,如果没有,说明单片机系统没有工作。
  第四步:用万用表检测复位电路,通过复位按键,检测第9脚的电压是否会变化。如果按键没有按下,电压为0V,按键按下后,电压立刻变为5V,之后很快的降为0V,则表示复位电路正常。
  第五步:用示波器检测振荡电路,主要是检测第18、19脚。检测是否有振荡波产生。如果有,表示振荡电路正常。
  最后,检测每条PCB板上的焊接走线是否有短路、断路、虚焊等焊接故障,一定要确保焊接走线正常导电,初学者是最容易犯这个错误的。

   单片机最小系统经过我们一段时间的设计、焊接、编程、调试后,达到了预定的点亮一个LED的功能,虽然只是简单的焊接和调试,但从中我们也接触了不少的关于单片机的知识。此次设计让笔者对单片机有了初步的认识,从而能够了解单片机工作的模式和具体过程,明白了怎样利用单片机来设计满足自己设定功能的作品,以及利用单片机来控制系统等。掌握了这些就可以利用单片机最小系统来拓展功能,制作自己想做的东西,对科研立项等活动有很大的帮助作用。

  本节课我们做一个单片机小制作,这里面涉及到很的实践方面的知识,比如编辑软件的使用,单片机实验板的使用等知识,下节课我们将陆续给大家讲清楚这些关键操作。

上一页: 第六课:单片机引脚功能
下 一页:
第八课:单片机程序编辑软件Keil C51的使用
邮购指南 教师吧淘宝店关于站长关于教师吧免责声明常见问题招聘人才友情链接给我留言
《教师吧》是一家帮助电子初学者快速入门电子技术的公益性教学网站,专门提供电子技术和单片机技术等入门型学习视频教程和电子制作套件。
我们主张电子初学者采用万能板焊接电子制作产品,因为这种“边学边做”的自学模式,不仅能锻炼焊接技术,还能提高识别电路图和分析原理图的能力。
辅以电子视频教程同步学习,必将为日后维修、设计电子产品打下坚实的基础,帮助您快速跨越电子入门者到电子工程师的门槛。
本站已经获得国家部门认证 国家ICP备案序号: 赣ICP备06004613号 本站业务客服QQ:56943772 E-mail:56943772@qq.com
电子爱好者群(1):66585281电子爱好者群(2):197874883电子爱好者群(3):29019650 电子爱好者群(4):14454755
版权归刘昆山所有©2005-2025 转载须经本人同意,否则后果自负!本站网址:http://www.jiaoshi8.com
站长:刘昆山 手机:13217080719(刘昆山)副站长:刘星慧  13755545457(刘星慧
欢迎您为本站提供资料,本站资料有的来自网络,如有版权争议,请通知本人,本人将删除之!