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1、二一二 二一三 学年第 二 学期信息科学与工程学院课程报告课程名称： 51最小系统设计 班 级： 学 号： 姓 名： 任课教师： 二一三 年 六 月一、 实验目的了解最小51系统的结构；并掌握最小51系统的设计方法；提高动手设计能力，并通过编写程序来实现对单片机IO口的输出控制。以点亮外部连接的LED（发光二极管），简要的介绍单片机的原理、最小系统的组成，并通过简单的C51程序设计来讲述编译软件Keil的使用并下载Hex文件烧写单片机。二、 实验原理单片机又称单片微控制器，是在一块芯片中集成了CPU（中央处理器）、RAM（数据存储器）、ROM（程序存储器）、定时器/计数器和多种功能的I/O（输
2、入/输出）接口等一台计算机所需要的基本功能部件，从而可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。单片机的最小系统就是让单片机能正常工作并发挥其功能时所必须的组成部分，也可理解为是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、时钟电路、复位电路、输入/输出设备等（见图1）。三、 实验步骤1.复位电路在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞（运行不正常）或死机（停止运行）时，就需要进行复位。MCS-5l系列单片机的复位引脚RST（第9管脚）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位
3、操作通常有两种基本形式：上电自动复位和开关复位。图2中所示的复位电路就包括了这两种复位方式。上电瞬间，电容两端电压不能突变，此时电容的负极和RESET相连，电压全部加在了电阻上，RESET的输入为高，芯片被复位。随之+5V电源给电容充电，电阻上的电压逐渐减小，最后约等于0，芯片正常工作。并联在电容的两端为复位按键，当复位按键没有被按下的时候电路实现上电复位，在芯片正常工作后，通过按下按键使RST管脚出现高电平达到手动复位的效果。一般来说，只要RST管脚上保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效的复位。图中所示的复位电阻和电容为经典值，实际制作是可以用同一数量级的电阻和电容代替，读者也可自行计
4、算RC充电时间或在工作环境实际测量，以确保单片机的复位电路可靠。2.时钟电路在设计时钟电路之前，先了解下51单片机上的时钟管脚：XTAL1（19脚）：芯片内部振荡电路输入端。XTAL2（18脚）：芯片内部振荡电路输出端。XTAL1和XTAL2是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。图2中采用的是内时钟模式，即采用利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2的引脚上外接定时元件（一个石英晶体和两个电容），内部振荡器便能产生自激振荡。一般来说晶振可以在1.212MHz之间任选，甚至可以达到24MHz或者更高，但是频率越高功耗也就越大
5、。在本实验套件中采用的11.0592M的石英晶振。和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。当采用石英晶振时，电容可以在2040pF之间选择；当采用陶瓷谐振器件时，电容要适当地增大一些，在3050pF之间。通常选取33pF的陶瓷电容就可以了。晶体和电容应尽可能与单片机芯片靠近，以减少引线的寄生电容，保证振荡器可靠工作。检测晶振是否起振的方法可以用示波器可以观察到XTAL2输出的十分漂亮的正弦波，也可以使用万用表测量（把挡位打到直流挡，这个时候测得的是有效值）XTAL2和地之间的电压时，可以看到2V左右一点的电压。3.EA/VPP（31脚）的功能和接法51单片机的EA
6、/VPP（31脚）是内部和外部程序存储器的选择管脚。当EA保持高电平时，单片机访问内部程序存储器；当EA保持低电平时，则不管是否有内部程序存储器，只访问外部存储器。对于现今的绝大部分单片机来说，其内部的程序存储器（一般为flash）容量都很大，因此基本上不需要外接程序存储器，而是直接使用内部的存储器。在本实验套件中，EA管脚接到了VCC上，只使用内部的程序存储器。 按照上述电路图，进行实物的焊接，首先焊接好IC插槽，焊好后再将单片机芯片插上；然后再进行晶振电路的焊接，而且晶振要尽量靠近单片机芯片；接着再进行复位电路的焊接，注意焊接电路路线的分布；焊接完成后；再进行检测电路的焊接，最后连接好烧写
7、串口，进行程序的烧写，对电路系统进行检测。四、 51系统的检测(1）、检测电路：用八个发光二极管，采用共阳法接，当输入端为低电平的时间，二极管发光；电路图如下所示：（2）、电路检测的芯片代码(流水灯检测)：#include sbit LED0=P10;sbit LED1=P11;sbit LED2=P12;sbit LED3=P13;sbit LED4=P14;sbit LED5=P15;sbit LED6=P16;sbit LED7=P17;#define ON 0#define OFF 1void delay(unsigned int t) t=t*10000; while (t-) vo
8、id main() while (1) LED0=ON; delay(1); LED0=OFF;LED1=ON; delay(1); LED1=OFF;LED2=ON; delay(1); LED2=OFF;LED3=ON; delay(1); LED3=OFF;LED4=ON; delay(1); LED4=OFF;LED5=ON; delay(1); LED5=OFF;LED6=ON; delay(1); LED6=OFF; LED7=ON; delay(1); LED7=OFF; （3）、程序的烧写串口的连接：五、 程序调试与总结（1）、调试：先将程序烧写到单片机芯片里，然后通过冷启动系
9、统，观察测试结果，然后对测试结果进行分析；当二极管并没有像代码设计中的那样工作时，就得重新检测一下焊接的电路板，主要检测电路焊接过程中有没有出现短路现象，其次是对晶振的检测，通过不断的调试检测，找出问题所在，直到系统能成功运行。（2）、总结：第一次设计51系统的电路板，设计过程中还存在很多的不足，首先对各元器件了解不够深，导致焊接过程中出现很多错误；其次是焊接过程中，动作不够熟练，焊点很难看；最后是对电路路线的分布，其规划得不够好，还有待改进；总得来说，这次51系统设计还可以，但还须提高。六、 小结此51单片机最小系统板功能简单但乐趣甚多，制作过程简单易学，作品完成后可为制作者带来视觉与听觉上的成就感，尤其是对电子设计制作初学者的一个极好的鼓励。本次的51单片机最小系统板的设计将我们学到的知识应用到了实践，深化了对可编程设计和用protel99se画电路图的认识，使我们在设计的实践中获得新知。