学习笔记 1：单片机最小系统设计

1、单片机概念

单片机：一种集成电路芯片，是单片微型计算机的简称。单片机由微处理器 CPU、存储器 ROM 和 RAM、输入输出 IO 接口电路组成，构成了一个既小巧又完善的计算机硬件系统。

2、单片机用途

（1）智能仪器仪表，如示波器、万用表

（2）机电一体化产品，如机器人、数控机床、打印机

（3）实时工业控制，如电机转速控制

（4）家用电器，如冰箱、洗衣机

3、单片机应用系统

单片机应用系统 = 软件 + 硬件（单片机 + 接口电路及外部设备）

单片机应用系统是以单片机为核心，配以输入、输出、显示、控制等外围电路和相应的控制、驱动软件，能完成一种或多种功能的使用系统。

4、MCS-51 系列单片机组成结构

（1）中央处理器 - CPU：8 位数据宽度，能同时处理 8 位二进制数据或代码。

（2）数据存储器 - RAM：8051 单片机有 128B 数据存储器和 21 个专用寄存器，用户能使用的只有 128B，专用寄存器通常用于存放控制指令数据，不能存放用户数据。

（3）程序存储器 - ROM：8051 单片机有 4KB 程序存储器，掉电后数据不会丢失。

（4）定时 / 计数器：8051 单片机有 2 个 16 位的可编程定时 / 计数器。

（5）并行 I/O 口：8051 单片机有 4 个 8 位的并行 I/O 口（P0/P1/P2/P3）。

（6）全双工串行口：8051 单片机有一个全双工异步串行通信口。

（7）中断系统：8051 单片机有 5 个中断源（2 个外中断、2 个定时 / 计数器中断和 1 个串行中断）。

（8）时钟电路：8051 单片机有时钟电路，只需外接晶振和震荡电容，用于产生时序脉冲供整个单片机运行。

5、MCS-51 系列单片机引脚介绍

（1）电源：40 引脚 Vcc 接电源 + 5V，20 引脚 GND 接地。

（2）时钟：19 引脚 XTAL1 是内部振荡电路输入端。当采用外部振荡器时，此引脚接地。18 引脚 XTAL2 是内部振荡电路输出端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。

（3）控制总线：

（4）I/O 线：

P0 口（32~39 引脚）双向数据总线和低 8 位地址总线。

P1 口（1~8 引脚）准双向输入 / 输出口。

P2 口（21~28 引脚）准双向输入 / 输出口，访问外部存储器时用作高 8 位地址总线。

P3 口（10~17 引脚）准双向输入 / 输出口。P3 口还具第二功能。

6、MCS-51 系列单片机存储器结构

程序存储器：存放程序和表格常数。

数据存储器：存放程序运行所需要的参数和运行结果。

从物理存储介质来看，MCS-51 系列单片机共有 4 种存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。

从逻辑地址空间来看，MCS-51 系列单片机可分为 3 部分：程序存储器、片外数据存储器和片内数据存储器。

单片机复位后，程序计数器 PC 为 0000H，系统从 0000H 单元开始取指令并执行。

7、单片机最小系统电路

单片机最小系统电路是指单片机工作不可或缺的最基本连接电路。

单片机最小系统电路包括单片机芯片、电源电路、时钟电路和复位电路四部分。

（1）时钟电路。单片机内部有一个高增益反向放大器，其频率范围为 1.212MHz，XTAL1 和 XTAL2 分别为放大器的输入端和输出端。XTAL1 和 XTAL2 外接定时元件就能构成自激振荡电路。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振电路。电容 C1 和 C2 主要起频率微调作用，电容取值 3040pF。

振荡周期：振荡源的周期，若内部产生，则为石英晶体的振荡周期。

时钟周期：振荡周期的两倍。

机器周期：等于 6 个时钟周期，12 个振荡周期。

指令周期：完成一条操作所需要的全部时间，每条指令的执行时间都是一个或几个机器周期组成。

例题：单片机采用内部时钟，晶振频率 f 为 6MHz，则：

振荡周期 = 1/6 MHz=1/6 us

时钟周期 = 1/3 us

机器周期 = 2 us

指令周期 = 机器周期的 14 倍 = 28us

（2）复位电路

主要分为两种：上电复位和按键复位电路。