單片機最小系統(tǒng)的研究

王侃

摘 要：單片機與簡單的接口電路相結(jié)合即可構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，這是單片機的基礎(chǔ)應(yīng)用;在中職的單片機教學(xué)中，以單片機最小系統(tǒng)作為教學(xué)的切入點，通過在實訓(xùn)臺做實驗，保證學(xué)生對單片機最小系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：單片機;最小系統(tǒng);工作原理

單片機是相對枯燥的一門專業(yè)學(xué)科，特別是學(xué)生對單片機的理論知識的學(xué)習(xí)是相對匱乏的。筆者根據(jù)自身一線的單片機教學(xué)工作，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在單片機學(xué)習(xí)中動手操作的能力欠缺，因此通過一系列實驗來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。那么要實現(xiàn)這樣的效果，就要給學(xué)生介紹單片機的基本結(jié)構(gòu)，再以單片機的最小系統(tǒng)為基礎(chǔ)核心，給學(xué)生設(shè)計有針對性的實驗進行教學(xué)，讓學(xué)生真正去理解單片機的原理。

一、單片機最小系統(tǒng)的基本組成及各部件功能

對于51系列單片機來說，必須具備幾個基本功能部件：中央處理器（CPU）、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、輸入/輸出就扣、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等。單片機要正常工作，除了單片機本身以外，還必須要有：電源電路、復(fù)位電路、震蕩電路;如單片機最小工作系統(tǒng)圖所示。

通過對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認識，并將單片機與外部電源電路、時鐘振蕩電路以及復(fù)位電路相連接，就構(gòu)成了單片機的最小工作系統(tǒng)，其各電路功能如下：

1.電源電路

單片機芯片的第40引腳為電源正極引腳VCC，一般外接+5V電壓。20引腳為接地引腳GND。40號引腳、20號引腳合稱為電源引腳。

2.振蕩電路

單片機系統(tǒng)里都有晶振，在單片機系統(tǒng)里晶振作用很大，它結(jié)合單片機內(nèi)部的電路產(chǎn)生時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率上的。

單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。為使各部分功能保持同步，單片機通常采用一個系統(tǒng)共用一個晶振。晶振一般與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。51系列單片機使用11.0592MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個晶振和兩個電容即可，電容容量一般在15pF至50pF之間。電容大小對振蕩頻率影響很小，可起頻率微調(diào)作用。

3.復(fù)位電路

單片機芯片的第9引腳RST是復(fù)位信號輸入端。在開機或工作中因干擾而使程序失控，或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)等情況都需要復(fù)位。51系列單片機的復(fù)位靠外部電路實現(xiàn)，信號從RST引腳輸入，高電平有效，只要能保持RST引腳高電平2個機器周期，單片機就能正常復(fù)位。

常見的復(fù)位電路有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種：上電復(fù)位：一般是在復(fù)位引腳RST上面連接一個電容到VCC，同時連接一個電阻到GND，以此來形成RC充放電回路，確保單片機上電的時間，RST引腳能夠有充足的時間保證高電平達到復(fù)位。按鍵復(fù)位：在復(fù)位電容上并聯(lián)一個開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時，電容被放電，RST隨之被拉到高電平，加上電容的充電，使得高電平得以被保持一段時間，達到單片機的復(fù)位。

二、單片機最小系統(tǒng)的外部電路連接

單片機的主要控制功能是通過I/O（輸入/輸出）口來實現(xiàn)的，而51系列單片機總共有4個8位的并行I/O端口，P0口：39引腳～32引腳對應(yīng)P0.0～P0.7，統(tǒng)稱為P0口;P1口：1引腳～8引腳對應(yīng)P1.0～P1.7，統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用;P2口：21引腳～28引腳對應(yīng)P2.0～P2.7，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口;P3口：10引腳～17引腳對應(yīng)P3.0～P3.7，統(tǒng)稱為P3口。

根據(jù)單片機I/O口的功能特點和單片機最小系統(tǒng)來實現(xiàn)單片機控制8個發(fā)光二極管的循環(huán)閃爍實驗：采用P0口作為控制發(fā)光二極管的I/O口

1.匯編語言編寫源程序

ORG ?0000H ? ? ? ?;復(fù)位時程序從此開始

SJMP ?START ? ? ;跳到START進行初始化

ORG ?0030H ? ? ?;初始化程序從30H開始

START：MOV ?SP，#60H ? ?;給堆棧指針賦值

MOV ?P0，#0FFH ? ;讓P0口輸出高電平，即讓燈滅

;--------主程序--------

MAIN：MOV ?P0，#0FEH ?;將P0.0置0，其余引腳置1

CALL ?DELAY ? ? ;延時

MOV ?P0，#0FDH ? ;將P0.1置0，其余引腳置1

CALL ?DELAY ? ? ;延時

MOV ?P0，#0FBH ? ;將P0.2置0，其余引腳置1

CALL ?DELAY ? ? ;延時

MOV ?P0，#0F7H ? ;將P0.3置0，其余引腳置1

CALL ?DELAY ? ? ;延時

MOV ?P0，#0EFH ? ;將P0.4置0，其余引腳置1

CALL ?DELAY ? ? ;延時

MOV ?P0，#0DFH ? ;將P0.5置0，其余引腳置1

CALL ?DELAY ? ? ;延時

MOV ?P0，#0BFH ? ;將P0.6置0，其余引腳置1

CALL ?DELAY ? ? ;延時

MOV ?P0，#7FH ? ?;將P0.7置0，其余引腳置1

CALL ?DELAY ? ? ;延時

SJMP ?MAIN ? ? ;跳轉(zhuǎn)到MAIN處

;-------延時子程序------

DELAY：MOV ?R0，#250 ? ;給R0賦值250

D2：MOV ?R1，#250 ? ?;給R1賦值250

D1：DJNZ ?R1，D1 ? ? ;R1減1不等于0跳到D1處

DJNZ ?R0，D2 ? ? ;R0減1不等于0跳到D2處

RET ? ? ? ? ? ? ?;子程序結(jié)束返回

END ? ? ? ? ? ? ?;程序結(jié)束

2.保存和編譯，并調(diào)試運行程序

編譯好的匯編語言只有通過運行調(diào)試才能保證其使用的準(zhǔn)確性，因此需要不斷調(diào)試匯編語言。

3.最終效果

單片機的P0口與外部的8個發(fā)光二極管用導(dǎo)線相連接，使用下載器下載至單片機芯片中并運行，達到8個發(fā)光二極管循環(huán)閃爍的效果

三、 結(jié)論

本文通過單片機最小系統(tǒng)的學(xué)習(xí)， 以單片機最小系統(tǒng)結(jié)合實驗進行教學(xué)設(shè)計，能夠使原本基礎(chǔ)較差的中職類學(xué)生更容易掌握單片機的工作原理，并提高學(xué)生對單片機學(xué)習(xí)的興趣，同時教師也顯著提高了單片機實驗課程的教學(xué)效果，且有利于學(xué)生對單片機后續(xù)知識的學(xué)習(xí)。

參考文獻：

[1]范紅剛，杜林娟.51單片機自學(xué)筆記（第2版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014.

[2]李建忠.單片機原理及應(yīng)用（第二版）[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

[3]李全利，仲偉峰，徐 軍編著.單片機原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

（作者單位：河源理工學(xué)校）