实验一 单片机最小系统的熟悉

实验一单片机最小系统的熟悉

一、实验目的

在进行其他硬件实验之前，先熟悉实验装置的核心模块——单片机最小系统模块。掌握该实验模块的电路原理和接口的使用方法。

1．掌握单片机振荡器时钟电路及CPU工作时序；掌握复位状态及复位电路设计；掌握单片机各引脚功能及通用I/O口的使用；掌握单片机基本指令的使用。

2．掌握uVision3 IDE集成开发环境，Proteus仿真软件和STC单片机下载软件ISP的使用。

二、实验设备

1.51仿真器或者串口线

2.单片机系统板

三、实验要求

1．连接实验电路，编写简易单片机汇编程序达到下述工作要求：P3.3口做输入口，外接一脉冲，每输入一个脉冲，P1口按十六进制加一输出，编写程序使P1口接的8个发光二极管L0—L7按16进制加一的方式点亮发光二极管。

2．将编写的程序经过编译后在uVision3 IDE软件中生成*.hex机器语言，通过ISP将*.hex下载到单片机芯片中，观察实验现象。

3. 用Proteus仿真软件画出实验电路图，将在uVision3 IDE软件中生成*.hex 下载到Proteus仿真电路图中的单片机芯片中，观察实验现象。

四、实验原理

1．STC89C51引脚说明

以常用的单片机芯片STC89C51为教学实例，对其引脚进行简要介绍：

P0.0～P0.7：P0口的8位双向三态I/O口线；

P1.0～P1.7：P1口的8位准双向口线；

P2.0～P2.7：P2口的8位准双向口线；

P3.0～P3.7：P3口的8位具有双重功能的准双向口线；

-ALE：地址锁存控制信号。

-PSEN：外部程序存储器读选通信号，读外部ROM时PSEN低电平有效。

-EA：访问程序存储器控制信号，当EA为低电平时，对ROM的读操作限制在外部程序存储器；当EA为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。

RST:复位信号，复位信号延续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。

XTAL1 和XTAL2: 外接晶体引线端，当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。

Vss 地线。

Vcc +5V电源。

图1-1 STC89C51引脚图及逻辑符号图

P3口线的第二功能见表1-1，这些特殊功能我们将在以后的实验中进行学习。

表1-1 P3口线的第二功能

2．振荡电路、时钟电路和CPU时序

(1)振荡电路、时钟电路。如图1- 2所示，外部时钟振荡电路由晶体振荡器和电容C1、C2构成并联谐振电路，连接在XTAL1、XTAL2脚两端。对外部C1、C2的取值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性。C1、C2通常取值C1=C2=30PF左右；8051的晶振最高振荡频率为12M，AT89C51的外部晶振最高频率可到24M。在单片机最小系统板上已经提供了晶振电路，在使用该电路时，应加上跳线帽，并插入合适的晶振。

图1-2 片内振荡器等效电路和外接元件

AT89C51也可以采用外部时钟方式，外部时钟从XTAL1脚输入，XTAL2脚浮空。可以采用我们板子上提供的外部时钟源作为单片机外部时钟输入。

(2) CPU时序

晶振（或外部时钟）的振荡频率的确定，就确定了CPU的工作时序。这里介绍几个重要的时序概念，我们在以后的实验中还会经常涉及到：◇振荡周期：是指为单片机提供定时信号的振荡器的周期。

◇时钟周期：振荡周期的两倍，前部分通常用来完成算术逻辑操作；后部分完成内部寄存器和寄存器间的传输。

◇机器周期：在8051单片机中，一个机器周期由12个振荡周期组成。

◇指令周期：是指执行一条指令所占用的全部时间。一个指令周期通常含有1~4个机器周期。机器周期和指令周期是两个很重要的衡量单片机工作速度的值。

若外接12MHz晶振时，8051的四个周期的值为：

振荡周期=1/12us；

时钟周期=1/6us；

机器周期=1us；

指令周期=1~4us。

在一些应用中，传统的8051的速度显得有些慢，因此，当前很多采用8051内核的新型单片机采用了加速处理器结构，使机器周期提高到振荡周期的6倍、4倍等等，RISC（精简指令集）的采用，更让单片机在单个时钟周期完成一条指令，使得单片机在处理速度上得到大大提高。

3．复位状态和复位电路设计

(1) 复位状态

在8051单片机中，只要在单片机的RST引脚上出现2个机器周期以上的高电平，单片机就实现了复位。单片机在复位后，从0000H地址开始执行指令。复位以后单片机的P0~P3口输出高电平，且处于输入状态，SP（堆栈寄存器栈顶指针）的值为07H（因此，往往需要重新赋值，其余特殊功能寄存器和PC（程

序计数器）都被清为0。复位不影响内部RAM的状态。

(2) 复位电路

单片机可靠的复位是保证单片机正常运行的关键因素。因此，在设计复位电路时，通常要使RST引脚保持10ms以上的高电平。当RST从高电平变为低电平之后，单片机就从0000H地址开始执行程序。

8051单片机通常都采用上电自动复位和开关复位两种方式。实际使用中，有些外围芯片也需要复位，如8255等。这些复位端的复位电平要求与单片机的复位要求一致时，可以把它们连起来。

在最小系统板上，提供了一个通用的复位电路，在使用该板之前，必须将该电路与单片机联结起来。另外，还可以采用主板上的微处理器监控模块来控制复位脚，以便更加可靠地管理单片机的工作。

4．存储器、特殊功能寄存器及位地址

51单片机的存储器包括5个部分：程序存储器、内部数据存储器、特殊功能寄存器、位地址空间、外部数据存储器。位地址空间、特殊功能寄存器包括在内部数据存储器内。

51单片机的内部数据存储器一般只有128字节或256字节，当空间不够用时也就需要扩展外部数据存储器。有些单片机不具有内部程序存储器，例如8031，这时就需要扩展外部程序存储器。在单片机系统中，程序存储器和外部数据存储器的编址独立，各可寻址64K字节空间。两者在电路上，可以通过PSEN信号线区别开来。

特殊功能寄存器是非常重要的部分，我们通过对特殊功能寄存器的设置和读写来完成单片机的大部分工作。限于篇幅，这里不对其内容进行罗列，请查阅有关书籍。

5．51系列单片机内部资源概览表

以上列出的是Intel8051、8051的主要资源配置。现在，由于8位51单片机的广泛使用，各个芯片生产厂商推出了具有自身特色的采用51内核的单片机，它们在这些基本资源的基础上进行了进一步的裁减或增强。

五、实验步骤

SP脉冲，P1.0～P1.7（JU2）用8芯线连至

1、系统板上P3.3用插针连至1