单片机最小系统的研究

单片机最小系统的研究

单片机与简单的接口电路相结合即可构成单片机最小系统，这是单片机的基础应用;在中职的单片机教学中，以单片机最小系统作为教学的切入点，通过在实训台做实验，保证学生对单片机最小系统的学习。

标签：单片机;最小系统;工作原理

单片机是相对枯燥的一门专业学科，特别是学生对单片机的理论知识的学习是相对匮乏的。笔者根据自身一线的单片机教学工作，发现学生在单片机学习中动手操作的能力欠缺，因此通过一系列实验来激发学生的学习兴趣。那么要实现这样的效果，就要给学生介绍单片机的基本结构，再以单片机的最小系统为基础核心，给学生设计有针对性的实验进行教学，让学生真正去理解单片机的原理。

一、单片机最小系统的基本组成及各部件功能

对于51系列单片机来说，必须具备几个基本功能部件：中央处理器（CPU）、程序存储器、数据存储器、输入/输出就扣、定时/计数器、中断系统等。单片机要正常工作，除了单片机本身以外，还必须要有：电源电路、复位电路、震荡电路;如单片机最小工作系统图所示。

通过对单片机内部结构的认识，并将单片机与外部电源电路、时钟振荡电路以及复位电路相连接，就构成了单片机的最小工作系统，其各电路功能如下：

1.电源电路

单片机芯片的第40引脚为电源正极引脚VCC，一般外接+5V电压。20引脚为接地引脚GND。40号引脚、20号引脚合称为电源引脚。

2.振荡电路

单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用很大，它结合单片机内部的电路产生时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率上的。

单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。为使各部分功能保持同步，单片机通常采用一个系统共用一个晶振。晶振一般与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。51系列单片机使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。电容大小对振荡频率影响很小，可起频率微调作用。

3.复位电路

单片机芯片的第9引脚RST是复位信号输入端。在开机或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都需要复位。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，只要能保持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和按键复位两种：上电复位：一般是在复位引脚RST上面连接一个电容到VCC，同时连接一个电阻到GND，以此来形成RC充放电回路，确保单片机上电的时间，RST引脚能够有充足的时间保证高电平达到复位。按键复位：在复位电容上并联一个开关，当开关按下时，电容被放电，RST随之被拉到高电平，加上电容的充电，使得高电平得以被保持一段时间，达到单片机的复位。

二、单片机最小系统的外部电路连接

单片机的主要控制功能是通过I/O（输入/输出）口来实现的，而51系列单片机总共有4个8位的并行I/O端口，P0口：39引脚～32引脚对应P0.0～P0.7，统称为P0口;P1口：1引脚～8引脚对应P1.0～P1.7，统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用;P2口：21引脚～28引脚对应P2.0～P2.7，一般可作为准双向I/O接口;P3口：10引脚～17引脚对应P3.0～P3.7，统称为P3口。

根据单片机I/O口的功能特点和单片机最小系统来实现单片机控制8个发光二极管的循环闪烁实验：采用P0口作为控制发光二极管的I/O口

1.汇编语言编写源程序

ORG 0000H ;复位时程序从此开始

SJMP START ;跳到START进行初始化

ORG 0030H ;初始化程序从30H开始

START：MOV SP，#60H ;给堆栈指针赋值

MOV P0，#0FFH ;让P0口输出高电平，即让灯灭

;--------主程序--------

MAIN：MOV P0，#0FEH ;将P0.0置0，其余引脚置1

CALL DELAY ;延时

MOV P0，#0FDH ;将P0.1置0，其余引脚置1

CALL DELAY ;延时

MOV P0，#0FBH ;将P0.2置0，其余引脚置1

CALL DELAY ;延时

MOV P0，#0F7H ;将P0.3置0，其余引脚置1

CALL DELAY ;延时

MOV P0，#0EFH ;将P0.4置0，其余引脚置1

CALL DELAY ;延时

MOV P0，#0DFH ;将P0.5置0，其余引脚置1

CALL DELAY ;延时MOV P0，#0BFH ;将P0.6置0，其余引脚置1

CALL DELAY ;延时

MOV P0，#7FH ;将P0.7置0，其余引脚置1

CALL DELAY ;延时

SJMP MAIN ;跳转到MAIN处

;-------延时子程序------

DELAY：MOV R0，#250 ;给R0赋值250

D2：MOV R1，#250 ;给R1赋值250

D1：DJNZ R1，D1 ;R1减1不等于0跳到D1处

DJNZ R0，D2 ;R0减1不等于0跳到D2处

RET ;子程序结束返回

END ;程序结束

2.保存和编译，并调试运行程序

编译好的汇编语言只有通过运行调试才能保证其使用的准确性，因此需要不

断调试汇编语言。

3.最终效果

单片机的P0口与外部的8个发光二极管用导线相连接，使用下载器下载至单片机芯片中并运行，达到8个发光二极管循环闪烁的效果

三、 结论

本文通过单片机最小系统的学习， 以单片机最小系统结合实验进行教学设计，能够使原本基础较差的中职类学生更容易掌握单片机的工作原理，并提高学生对单片机学习的兴趣，同时教师也显著提高了单片机实验课程的教学效果，且有利于学生对单片机后续知识的学习。

参考文献：

[1]范红刚，杜林娟.51单片机自学笔记（第2版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014.

[2]李建忠.单片机原理及应用（第二版）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008.

[3]李全利，仲伟峰，徐 军编著.单片机原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2006.