跟我學51單片機（一）：單片機最小系統(tǒng)組成與I/O輸出控制

2. 復位電路

　　在單片機系統(tǒng)中，復位電路是非常關鍵的，當程序跑飛（運行不正常）或死機（停止運行）時，就需要進行復位。

　　MCS-5l 系列單片機的復位引腳RST（ 第9 管腳） 出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST 持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。

　　復位操作通常有兩種基本形式：上電自動復位和開關復位。圖2 中所示的復位電路就包括了這兩種復位方式。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時電容的負極和RESET 相連，電壓全部加在了電阻上，RESET 的輸入為高，芯片被復位。隨之+5V電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等于0，芯片正常工作。并聯(lián)在電容的兩端為復位按鍵，當復位按鍵沒有被按下的時候電路實現(xiàn)上電復位，在芯片正常工作后，通過按下按鍵使RST管腳出現(xiàn)高電平達到手動復位的效果。一般來說，只要RST 管腳上保持10ms 以上的高電平，就能使單片機有效的復位。圖中所示的復位電阻和電容為經(jīng)典值，實際制作是可以用同一數(shù)量級的電阻和電容代替，讀者也可自行計算RC 充電時間或在工作環(huán)境實際測量，以確保單片機的復位電路可靠。

　　3. EA/VPP（31 腳） 的功能和接法

　　51 單片機的EA/VPP（31 腳） 是內(nèi)部和外部程序存儲器的選擇管腳。當EA 保持高電平時，單片機訪問內(nèi)部程序存儲器；當EA 保持低電平時，則不管是否有內(nèi)部程序存儲器，只訪問外部存儲器。

　　對于現(xiàn)今的絕大部分單片機來說，其內(nèi)部的程序存儲器（一般為flash）容量都很大，因此基本上不需要外接程序存儲器，而是直接使用內(nèi)部的存儲器。

　　在本實驗套件中，EA 管腳接到了VCC 上，只使用內(nèi)部的程序存儲器。這一點一定要注意，很多初學者常常將EA 管腳懸空，從而導致程序執(zhí)行不正常。

　　4. P0 口外接上拉電阻

　　51 單片機的P0 端口為開漏輸出，內(nèi)部無上拉電阻（見圖3）。所以在當做普通I/O 輸出數(shù)據(jù)時，由于V2 截止，輸出級是漏極開路電路，要使“1”信號（即高電平）正常輸出，必須外接上拉電阻。

圖3 P0端口的1位結構

　　另外，避免輸入時讀取數(shù)據(jù)出錯，也需外接上拉電阻。在這里簡要的說下其原因：在輸入狀態(tài)下，從鎖存器和從引腳上讀來的信號一般是一致的，但也有例外。例如，當從內(nèi)部總線輸出低電平后，鎖存器Q ＝ 0， Q ＝ 1，場效應管V1 開通，端口線呈低電平狀態(tài)。此時無論端口線上外接的信號是低電平還是高電平，從引腳讀入單片機的信號都是低電平，因而不能正確地讀入端口引腳上的信號。又如，當從內(nèi)部總線輸出高電平后，鎖存器Q ＝ 1, Q ＝ 0,場效應管V1 截止。如外接引腳信號為低電平， 從引腳上讀入的信號就與從鎖存器讀入的信號不同。所以當P0 口作為通用I/O 接口輸入使用時，在輸入數(shù)據(jù)前，應先向P0 口寫“1”，此時鎖存器的Q 端為“0”，使輸出級的兩個場效應管V1、V2 均截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，才可作高阻輸入。

　　總結來說：為了能使P0 口在輸出時能驅(qū)動NMOS 電路和避免輸入時讀取數(shù)據(jù)出錯，需外接上拉電阻。在本實驗套件中采用的是外加一個10K 排阻。此外，51 單片機在對端口P0—P3 的輸入操作上，為避免讀錯，應先向電路中的鎖存器寫入“1”，使場效應管截止，以避免鎖存器為“0”狀態(tài)時對引腳讀入的干擾。

　　5. LED 驅(qū)動電路

　　細心的讀者可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在最小系統(tǒng)中，發(fā)光二極管（LED）的接法是采取了電源接到二極管正極再經(jīng)過1K 電阻接到單片機I/O 口上的（見圖4 中的接法1）。為什么這么接呢？首先我們要知道LED 的發(fā)光工作條件，不同的LED 其額定電壓和額定電流不同，一般而言，紅或綠顏色的LED 的工作電壓為1.7V~2.4V，藍或白顏色的LED 工作電壓為2.7~4.2V， 直徑為3mm LED 的工作電流2mA~10mA。在這里采用紅色的3mm 的LED。其次，51 單片機（如本實驗板中所使用的STC89C52單片機）的I/O 口作為輸出口時，拉電流（向外輸出電流）的能力是μA 級別，是不足以點亮一個發(fā)光二極管的。而灌電流（往內(nèi)輸入電流）的方式可高達20mA，故采用灌電流的方式驅(qū)動發(fā)光二極管。當然，現(xiàn)今的一些增強型單片機，是采用拉電流輸出（接法2）的，只要單片機的輸出電流能力足夠強即可。另外，圖4 中的電阻為1K 阻值，是為了限制電流，讓發(fā)光二極管的工作電流限定在2mA~10mA。

圖4 LED的接法

　　四、程序設計

　　在單片機編程語言上，有C 語言和匯編兩種選擇。本系列教程采用C 語言編寫程序，在此對Ｃ語言和匯編語言在進行單片機開發(fā)時進行下簡單比較，匯編語言面向硬件，要求對硬件的特性如寄存器之類的比較熟悉，執(zhí)行效率高，但可讀性和移植性差，不同的單片機之間的程序不能通用，例如學會了51 單片機的匯編指令，卻沒法用到AVR 單片機上。Ｃ語言面向過程，可讀性和移植性很好，效率要比匯編低一些。對于剛接觸單片機的人來說，學習這兩種語言是一樣的，但在以后的開發(fā)效率上，C 語言的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了，其可以幾乎完全不改動的情況下移植，大大提高了開發(fā)速度。

　　控制發(fā)光二極管D1 閃爍的C 語言源程序：

　　1. 程序詳細說明

　?。?）頭文件包含。程序接下來調(diào)用的P0_0 就是該頭文件中定義好的一個寄存器地址。在對單片機內(nèi)部的寄存器操作之前，應申明其來處，有興趣的讀者可以看看AT89X52.h 文件中的內(nèi)容。

　?。?）宏定義led, 便于直觀理解也便于程序修改，將P0_0 口命名為led, 這樣在程序中就可以用led代替P0_0 口進行操作。

　?。?）延時函數(shù)聲明。函數(shù)在調(diào)用之前必須進行聲明，由于函數(shù)定義放在主函數(shù)之后，所以在主函數(shù)之前對延時函數(shù)進行了聲明。

　?。?）主函數(shù)入口。主函數(shù)不傳遞參數(shù)也不返回值。

　　（5）死循環(huán)。

　?。?）輸出高電平，led 不亮。

　?。?）延時一段時間，以便人眼能夠直觀看到。

　　（8）輸出低電平，led 點亮。

　?。?）延時一段時間。

　?。?0）延時函數(shù)定義。

　?。?1）for 語句循環(huán)延時。

　　2. 程序流程圖與實驗現(xiàn)象

　　程序流程如圖5 所示。經(jīng)編譯軟件（keil）編譯，生成單片機燒寫文件，然后就可下載到單片機內(nèi)部運行了，硬件電路板如圖6 所示，本實驗板上用的是STC89C52RC，可以用通過板載USB 轉(zhuǎn)串口燒寫程序。故將USB 線（本實驗套件中有）連接電腦和實驗板。供電電源可以從USB 取，也可以從外部電源取電。冷啟動，即先點擊下載，然后再上電。下載程序到單片機內(nèi)運行后，可以看到實驗板上P0_0 口外接的LED 燈（D1） 一亮一滅的閃爍。