【小R课堂】初识单片机

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楼主 2021-04-03 06:53:33
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初识
单片机
小R课堂


单片机是什么?

它的内部资源有多少?

什么是最小系统?

让小R课堂告诉你




单片机的内部资源


在这里我所讲到的单片机内部资源,和传统单片机书籍中讲单片机内部结构不同。这里讲到的内部资源,是指作为单片机用户,单片机提供给我们可使用的东西。

总结起来,主要是三大资源:

Flash:程序存储空间,早期单片机是

OTPROM。

RAM:数据存储空间。

SFR:特殊功能寄存器。

1
Flash

在早期的单片机中,主要是用 OTPROM(One Time Programmable Read-Only Memory,即一次可编程只读存储器)来存储单片机的程序,程序只能写入一次,如果发现错了,没办法,只能换一片,重新写入了。随着技术的发展,Flash 以其可重复擦写且容量大成本低的优点成为现在绝大多数单片机的程序存储器。对于单片机来说 Flash 最大的意义是断电后数据不丢失,这个概念类似于我们电脑的硬盘,我们保存了电影、文档、音乐等件,把电源关掉后,下次重新开电脑,所有的文件都还照样存在,即掉电保护。


2
RAM

RAM 是单片机的数据存储空间,用来存储程序运行过程中产生的和需要的数据,跟电脑的内存是相似的概念,其实最典型的比喻是我们的计算器,我们用计算器计算个加减法,一些中间的数据都会保存在 RAM 里边,关电后数据丢失,所以我们每次打开计算器,都是从归零开始计算。但是它的优点,第一是读写速度非常快,第二是理论上是可无限次写入的,即寿命无限,不管程序怎么运行怎么读写它都不会坏。


3
SFR

第三个资源是 SFR,特殊功能寄存器。这个概念大家可能刚开始理解不了,但是一定要记住。单片机有很多很多功能,每个功能都会对应一个或多个 SFR,我们就是通过对 SFR 的读写来实现单片机的多种多样的功能的。讲到这里,我们来了解一下51单片机。通常我们一说到51单片机,指的都是兼容 Intel MCS-51 体系架构的一系列单片机,而51是它的一个通俗的简称。全球有众多的半导体厂商推出了无数款这一系列的单片机,比如 Atmel 的 AT89C52,NXP(Philips)的 P89V51,宏晶科技的 STC89C52......具体型号千差万别,但他们的基本原理和操作都是一样的,程序开发环境也是一样的。这里我们要分清楚51这个统称和具体的单片机型号之间的关系。



单片机内部资源的三个主要部分我们清楚了,那么我们选择 STC89C52 这款单片机来进行学习。STC89C52是宏晶科技出品的一款51内核的单片机,具有标准的51体系结构,全部的51标准功能,程序下载方式简单,方便学习,我们就用它来学习单片机。它的资源情况: Flash 程序空间是 8 K 字节(1 K=1024,1字节= 8位);RAM 数据空间是512字节;SFR 我们后边会逐一提到并且应用。



单片机最小系统

为什么称之为单片机最小系统呢? 单片机最小系统,也叫做单片机最小应用系统,是指用最少的原件组成单片机可以工作的系统。单片机最小系统的三要素就是电源、晶振、复位电路,如图所示。


下面我们就照这张电路图来具体分析最小系统的三要素:电源,晶振和复位电路。


1
电源

这个很好理解,电子设备都需要供电,就连我们的家用电器(手电筒^_^)也不例外。目前主流单片机的电源分为5 V 和 3.3 V 这两个标准,当然现在还有对电压要求更低的单片机系统,一般多用在一些特定场合,在学习中我们不做过多的关注。我们所选用的STC89C52,它需要 5V 的供电系统,我们的开发板是使用 USB 口输出的 5 V 直流直接供电的。从图中可以看到,供电电路在40脚和20脚的位置上,40脚接的是 +5 V,通常也称为 VCC 或 VDD,代表的是电源正极,20脚接的是 GND,代表的是电源的负极。+5 V 和 GND 之间还有个电容,作用我们下节课介绍。

这个地方我们还要普及一个看原理图的知识。电路原理图是为了表达这个电路的工作原理而存在的,很多器件在绘制的时候更多考虑的是方便原理分析,而不是表达各个器件实际位置。比如原理图中的单片机引脚图,引脚的位置我们是可以随意放的,但是每个引脚上有一个数字标号,这个数字标号代表的才是单片机真正的引脚位置。一般情况下,这种双列直插封装的芯片,左上角是1脚,逆时针旋转引脚号依次增加,一直到右上角是最大脚位,我们现在选用的单片机一共是40个引脚,因此右上角就是40(在表示芯片的方框的内部),如图所示,大家要分清原理图引脚标号和实际引脚位置的区别。


2
晶振

晶振,又叫晶体振荡器,从这个名字我们就可以看出来,它注定一生都要不停振荡的。他起到的作用是为单片机系统提供基准时钟信号,类似于我们部队训练时喊口令的人,单片机内部所有的工作都是以这个时钟信号为步调基准来进行工作的。STC89C52 单片机的18脚和19脚是晶振引脚,我们接了一个 11.0592 M 的晶振(它每秒钟振荡11,059,200次),外加两个 20 pF 的电容,电容的作用是帮助晶振起振,并维持振荡信号的稳定。


3
复位电路

左侧是一个复位电路,接到了单片机的9脚 RST(Reset)复位引脚上,这个复位电路如何起作用我们以后再讲,现在着重讲一下复位对单片机的作用。单片机复位一般是3种情况:上电复位、手动复位、程序自动复位。

假如我们的单片机程序有100行,当某一次运行到第50行的时候,突然停电了,这个时候单片机内部有的区域数据会丢失掉,有的区域数据可能还没丢失。那么下次打开设备的时候,我们希望单片机能正常运行,所以上电后,单片机要进行一个内部的初始化过程,这个过程就可以理解为上电复位,上电复位保证单片机每次都从一个固定的相同的状态开始工作。这个过程跟我们打开电脑电源开电脑的过程是一致的。

当我们的程序运行时,如果遭受到意外干扰而导致程序死机,或者程序跑飞的时候,我们就可以按下一个复位按键,让程序重新初始化重新运行,这个过程就叫做手动复位,最典型的就是我们电脑的重启按钮。当程序死机或者跑飞的时候,我们的单片机往往有一套自动复位机制,比如看门狗,具体应用以后再了解。在这种情况下,如果程序长时间失去响应,单片机看门狗模块会自动复位重启单片机。还有一些情况是我们程序故意重启复位单片机。电源、晶振、复位构成了单片机最小系统的三要素,也就是说,一个单片机具备了这三个条件,就可以运行我们下载的程序了,其他的比如 LED 小灯、数码管、液晶等设备都是属于单片机的外部设备,即外设。最终完成我们想要的功能就是通过对单片机编程来控制各种各样的外设实现的。


下期预告

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