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资料评价：《教师吧》课堂:第七课：单片机最小系统的设计-点亮一个LED_教师吧
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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。
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单片机最小系统的介绍
昨天我们讲述了如何用单片机点亮一个LED灯，其实细心地朋友会发现，在昨天的电路图中其实有一部分会感到很陌生，我们来回顾一下，如下图。
左下角是不是有三个原件，这三个就是C1、C2、Y1，乍一看给人感觉好像没什么作用，实际上这三个不起眼的家伙却对单片机起着决定性作用，这就是今天要介绍的——51单片机最小系统。
那么什么是最小系统呢？最小系统就是使单片机工作的最低配置，有了最小系统可以外加许多模块，增强其功能，像上图加的一个LED就是对其功能的一个扩展。
在51单片机中最小系统包括复位电路、时钟系统、电源系统
复位电路的作用就是让单片机从头开始运行，在C语言中体现在main函数开头的位置，起作用时让引脚9（RST引脚）出现两个机器周期以上的高电平。
时钟系统的作用是产生固定的频率信号，相当于人的心脏（可以想象其作用之大），它的原理就是形成一个振荡电路（振荡电路由电容C1、C2、晶振Y1(与上图X2为一种)组成），产生一个固定频率，使单片机能够工作，这就是开头所说起绝定性作用的原因。
电源电路比较简单，直接用5V电源把单片机的VCC接到电源正，GND接到电源负（这里不再展示原理图）。
在实际应用中，光有最小系统还不够，还会加一些指示灯，在P0口加上一个上拉电阻（约10K欧9脚排阻，由于P0口不能产生高电平，其他口则不用），如果我们需要把写好的程序下载到里面的话还需要一个下载器等等。
CH340下载器
最后来一张制作成功的图片
51最小系统
51的学起来还是比较简单的，ARM的最小系统就比51最小系统复杂好多倍，通常ARM最小系统是由SDRAM、Flash、调试接口、时钟、电源、复位等组成，每一部分也都比51要复杂，复杂度一增加相应的开发成本就会增加，在产品中如果对实时性要求不是特别高，考虑到成本原因，用51是比较好的选择，我也会坚持每天给大家介绍基于51的一些产品。
PS:基于昨天用单片机点亮一个LED那篇文章，有网友觉得点亮一个LED灯不过瘾，借鉴于此，明天为大家介绍一下使用LED比较多的爱心流水灯(30个灯)，光立方(512个灯)，为大家带来一个视觉盛宴。豆丁微信公众号
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实验二__单片机最小系统及流水灯电路
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基于单片机的LED流水灯控制系统设计-自动化《 单片机应用技术 》课程设计报告.doc 13页
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······
2015 ~ 2016 学年
《 单片机应用技术 》
课 程 设 计 报 告
目： 基于单片机的LED流水灯控制系统设计
13自动化（一）班
指导教师：
电气工程学院
一、目的：
1进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2、掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。3、通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术，了解关电路参数的计算方法。4、通过程序设计和，逐步掌握模块化程序设计方法软件keil c51编程软件的使用。5、通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整制作过程，使学生了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。
二、任务：
基于单片机的LED流水灯系统设计
要实现流水灯功能，将发光二极管LED1～LED6依次点亮、熄灭，6只LED灯便会一亮一暗的做流水灯了。
2、流水灯元器件清单： 发光管LED灯（红） 6
发光管LED灯（黄） 6
发光管LED灯（绿） 6
电容 30PF 2
电解电容 10UF 1
晶振 12MHZ 1
电阻 10K 1
IC插座 DIP40 1
电木万能板
USB转串口、下载线 1
课程设计要求在一周内完成，具体时间安排如下
完成资料查询，并完成原理图设计
设计程序，仿真功能
完成电路板的焊接
进行电路板的调试，老师验收
完成填写课程设计报告。单片机是指集成在一块芯片上的计算机。它具有结构简单，控制功能强，可靠性高，体积小，价格低，等优点，单片机技术，作为计算机技术的一个重要分支，广泛地应用于工业控制，智能化仪器仪表，家用电器，电子玩具等各个领域。近年来，随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时，带动传统控制检测日新月异更新，在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用。进单片机方面的知识是不够的，还根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点，但软件结合，加以完善。本课设是利用，对AT8951单片机写程序实现对个发光二极管的控制。第一章
设计方法 1
第二章 硬件电路设计的步骤 2
2.1 AT89S51 2
2.1.1 AT89S51引脚 2
单片机时钟电路 2
2.3 单片机复位电路 3
2.4外围电路 4
代码编写 6
硬件设计 7
4.1硬件框图 7
硬件焊接图 7
系统调试 8
5.1检验电路板是否通电良好 8
5.2系统调试中存在的问题 9
第六章 心得体会 10
参考文献 11
本课题使用AT8951单片机时无需外扩存储器。因此。流水灯实际上就是一个带有个发光二极管的单片机最小应用系统。即为由发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。
如果要让接在P.0的LED1灯亮起来,那么只要把p2口的电平变为低电平就可以了。相反，如果要接在p.0口的led1灯熄灭，就要把p.0口的电平变为高电平。同理，P.1到P.4口的其他个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。因此要实现流水灯功能，我们只要将发光二极管LED1到LED依次点亮、熄灭。只LED灯便会一亮一暗的做流水灯了。单片机的引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。
（1）VCC：芯片电源，接+5V；
（2）VSS：接地端；
XTAL1、XTAL2 ：晶体振荡电路反相输入端和输出端。
3.控制线:控制线共有4根，
（1）ALE/PROG：地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲 ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址
PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
（2） PSEN:外ROM读选通信号。
（3）RST/VPD:复位/备用电源。
RST（Reset）功能：复位信号输入端。
VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。
（4）EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
EA功能：内外ROM选择端。
Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
89C52共有4个8位并行I/O端口：P
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