硬件基礎(chǔ)知識(shí)：從集成電路角度去認(rèn)識(shí)單片機(jī)

本文著手從集成電路角度去認(rèn)識(shí)單片機(jī)，主要介紹了單片機(jī)的引腳圖及引腳功能，以及單片機(jī)簡易編程。

首先，先看下80C51單片機(jī)的功能結(jié)構(gòu)框圖。

80C51單片機(jī)屬于MCS-51系列單片機(jī)，采用40引腳雙列直插式DIP(Dual In Line Package)，內(nèi)有128個(gè)RAM單元及4K的ROM。

80C51單片機(jī)的功能結(jié)構(gòu)框圖

下面介紹一下單片機(jī)的引腳圖及引腳功能(如下圖所示)，引腳的具體功能將在之后詳細(xì)介紹。

單片機(jī)的40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。

1. 電源:

⑴ VCC -芯片電源，接+5V;

⑵ VSS - 接地端;

2. 時(shí)鐘:

XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。

3. 控制線:

控制線共有4根，

⑴ ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖

① ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址

② PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。

⑵ PSEN:外ROM讀選通信號(hào)。

⑶ RST/VPD:復(fù)位/備用電源。

① RST(Reset)功能：復(fù)位信號(hào)輸入端。

② VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。

⑷ EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。

① EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。

② Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。

4. I/O線

80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)(屬控制總線)。

拿到一塊芯片，想要使用它，首先必須要知道怎樣連線，我們用的一塊稱之為89C51的芯片，下面我們就看一下如何給它連線。

1、電源：這當(dāng)然是必不可少的了。單片機(jī)使用的是5V電源，其中正極接40管腳，負(fù)極(地)接20管腳。

2、振蕩電路：單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須供給脈沖信號(hào)才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。只要買來晶體振蕩器，電容，連上就能了，按圖1接上即可。

3、復(fù)位管腳：按圖1中畫法連好，至于復(fù)位是何含義及為何需要復(fù)要復(fù)位，在單片機(jī)功能中介紹。

4、EA管腳：EA管腳接到正電源端。 至此，一個(gè)單片機(jī)就接好，通上電，單片機(jī)就開始工作了。

我們的第一個(gè)任務(wù)是要用單片機(jī)點(diǎn)亮一只發(fā)光二極管LED，顯然，這個(gè)LED必須要和單片機(jī)的某個(gè)管腳相連，不然單片機(jī)就沒法控制它了，那么和哪個(gè)管腳相連呢?單片機(jī)上除了剛才用掉的5個(gè)管腳，還有35個(gè)，我們將這個(gè)LED和1腳相連。(見圖1，其中R1是限流電阻)

按照這個(gè)圖的接法，當(dāng)1腳是高電平時(shí)，LED不亮，只有1腳是低電平時(shí)，LED才發(fā)亮。因此要1腳我們要能夠控制，也就是說，我們要能夠讓1管腳按要求變?yōu)楦呋虻碗娖?。即然我們要控?腳，就得給它起個(gè)名字，總不能就叫它一腳吧?叫它什么名字呢?設(shè)計(jì)51芯片的INTEL公司已經(jīng)起好了，就叫它P1.0，這是規(guī)定，不能由我們來更改。

圖1 單片機(jī)簡易應(yīng)用電路圖

單片機(jī)簡易編程

名字有了，我們又怎樣讓它變'高'或變'低'呢?叫人做事，說一聲就能，這叫發(fā)布命令，要計(jì)算機(jī)做事，也得要向計(jì)算機(jī)發(fā)命令，計(jì)算機(jī)能聽得懂的命令稱之為計(jì)算機(jī)的指令。讓一個(gè)管腳輸出高電平的指令是SETB，讓一個(gè)管腳輸出低電平的指令是CLR。因此，我們要P1.0輸出高電平，只要寫SETB P1.0，要P1.0輸出低電平，只要寫CLR P1.0就能了。

現(xiàn)在我們已經(jīng)有辦法讓計(jì)算機(jī)去將P10輸出高或低電平了，但是我們?cè)鯓硬拍苡?jì)算機(jī)執(zhí)行這條指令呢?總不能也對(duì)計(jì)算機(jī)也說一聲了事吧。要解決這個(gè)問題，還得有幾步要走。

第一，計(jì)算機(jī)看不懂SETBCLR之類的指令，我們得把指令翻譯成計(jì)算機(jī)能懂的方式，再讓計(jì)算機(jī)去讀。計(jì)算機(jī)能懂什么呢?它只懂一樣?xùn)|西——數(shù)字。因此我們得把SETB P1.0變?yōu)?D2H,90H )，把CLR P1.0變?yōu)?(C2H,90H )，至于為什么是這兩個(gè)數(shù)字，這也是由51芯片的設(shè)計(jì)者--INTEL規(guī)定的，我們不去研究。

第二步，在得到這兩個(gè)數(shù)字后，怎樣讓這兩個(gè)數(shù)字進(jìn)入單片機(jī)的內(nèi)部呢?這要借助于一個(gè)硬件工具編程器。如果你還不知道是什么是編程器，我來介紹一下，就是把你在電腦上寫出來來的代碼用匯編器等編譯器生成的一個(gè)目標(biāo)燒寫到單片機(jī)的eprom里面去的工具，80c51這種類型的單片機(jī)編程是一件很麻煩的事情，必要要先裝到編程器上編程后才能在設(shè)備上使用，而目前最新的AT89s51或者STC89C51單片機(jī)能支持在線編程(isp)功能，不用拔出來利用簡單的電路就可以實(shí)現(xiàn)把代碼寫入單片機(jī)內(nèi)部。

我們將編程器與電腦連好，運(yùn)行編程器的軟件，然后在編緝區(qū)內(nèi)寫入(D2H,90H)見圖2，寫入……好，拿下片子，把片子插入做好的電路板，接通電源……什么?燈不亮?這就對(duì)了，因?yàn)槲覀儗戇M(jìn)去的指令就是讓P10輸出高電平，燈當(dāng)然不亮，要是亮就錯(cuò)了。現(xiàn)在我們?cè)贀芟逻@塊芯片，重新放回到編程器上，將編緝區(qū)的內(nèi)容改為(C2H,90H)，也就是CLR P1.0，寫片，拿下片子，把片子插進(jìn)電路板，接電，好，燈亮了。因?yàn)槲覀儗懭氲?)就是讓P10輸出低電平的指令。這樣我們看到，硬件電路的連線沒有做任何改變，只要改變寫入單片機(jī)中的內(nèi)容，就能改變電路的輸出效果。

圖2