《教师吧》课堂:第七课：单片机最小系统的设计-点亮一个LED_教师吧
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责任编辑：刘昆山
　　【摘 要】本文通过阐述AT89S51单片机最小系统的设计与制作过程，全面介绍了单片机产品的设计过程，从功能框图设计、原理图设计、PCB板布局、硬件电路的焊接、程序的编写、以及单片机产品的制作步骤和单片机产品调试技巧。
　　【关键字】单片机，单片机最小系统，制作步骤
　　　　各位朋友，大家好，我是教师吧的站长刘昆山老师，下面我们开始今天的学习了。单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的以单片机为核心元件的可以正常工作的具有特定功能的单片机系统，是单片机产品开发的核心电路，下面我们就来设计单片机最小系统，实现的功能为八路流水灯，同时应具有上电复位和手动复位功能，并且使用单片机片内程序存储器村放用户程序。
　　 一、单片机最小系统框图设计
　　 对51系列单片机来说，单片机要正常工作，必须具有五个基本电路，也称五个工作条件：1、电源电路，2、时钟电路，3、复位电路，4、程序存储器选择电路，5、外围电路。因此，单片机最小系统一般应该包括单片机、晶振电路、复位电路、外围电路等，如下面的框图所示：
　　　　　　　　　　　图 1
　　二、单片机最小系统原理图设计
　　 1、电源电路设计
　　 单片机芯片的第40脚为正电源引脚VCC，一般外接+5V电压。第20脚为接地引脚GND，常见电源电路设计如下图2所示：
　　2、时钟电路设计
　　单片机是一种时序电路，必须要有时钟信号才能正常工作。单片机芯片的18脚（XTAL2）、19脚（XTAL1）分别为片内反向放大器的输出端和输入端，只要在18脚（XTAL2）和19脚（XTAL1）之间接上一个晶振，再加上2个30PF的瓷片电容即可构成单片机所需的时钟电路。常见的时钟电路如下：
　　注意，当采用外部时钟时，19脚（XTAL1）接地，18脚（XTAL2）接外部时钟信号，本文就不详细讨论了。
　　3、复位电路的设计
　　单片机芯片的第9脚RST（Reset）是复位信号输入端。单片机系统在开机时或在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下都需要复位。复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-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电路和按键复位电路二种：
　　4、程序存储器选择电路
　　单片机芯片的第31脚（EA）为内部与外部程序存储器选择输入端。当EA引脚接高电平时，CPU先访问片内4KB的程序存储器，执行内部程序存储器中的指令，当程序计数器超过0FFFH时，将自动转向片外程序存储器，既是从1000H地址单元开始执行指令；当EA引脚接低电平时，不管片内是否有程序存储器，CPU只访问片外程序存储器。
　　AT89S51内部有4KB的程序存储器，所以根据该脚的引脚功能，只要将该脚接上高电平，才能先从片内程序存储器开始取指令。
　　常见的程序存储器选择电路就是将第31脚直接接到正电源上。
　　5、外围电路的设计
　　外围电路的设计主要依据项目要实现的功能，本项目要实现的功能是用单片机控制一个LED，先来分析下面的LED工作原理图：
　　如果用“1”表示高电平，“0”表示低电平。当开关K接上高电平，既是K=1时，LED1不亮；当开关K接上低电平，既是K=0时，LED1亮。LED1的亮与灭完全受开关K的控制。
　　如果把开关K换成单片机的第1个引脚，电路设计如下：
　　现在只需要通过指令SETB P1.0就可以控制单片机的第1个引脚输出高电平，进而控制LED的不亮。或通过指令CLR P1.0控制单片机的第1个引脚输出低电平，进而控制LED的发光。从图6到图7实现了开关控制到软件控制LED的一种转变。
　　单片机的主要控制功能是通过单片机的I/O口按不同时序输出不同的高低电平控制外部的电路实现特定的功能。依据单片机的P0、P1、P2、P3口的功能特点和单片机最小系统要实现简单的点亮一个LED的功能，我们采用P1.0引脚作为控制一个LED的端口，依据单片机的引脚功能和单片机工作的条件，综合上面的设计电路，设计的AT89S51单片机最小应用系统如下图8所示，电路原理图设计如下：
　　　　　　　　　　　　图　8
　　三、单片机最小系统程序编写
　　当单片机最小应用系统的硬件电路设计完毕后，单片机最小应用系统的设计工作还没有完成，因为单片机产品需要硬件+软件共同支持才能正常工作，这里提到的软件主要是指用户编写的源程序。这也是区别于传统的电子产品的地方。
　　本系统要实现的主要功能是点亮一个LED，根据外围电路的设计，只需要通过指令控制单片机的第一个引脚输出低电平，就可以使第一个LED发光。
　　采用汇编语言编程序如下：
ORG 0000H ；起始伪指令ORG，指示随后的指令代码从0000H地址单元开始存放。
LJMP START ；跳转到标号START处去执行。
ORG 0030H ；起始伪指令ORG，指示随后的指令代码从0030H地址单元开始存放。
START：CLR P1.0；第一个引脚输出低电平，点亮LED。
END ；结束伪指令，说明程序到此结束。
　　采用C语言编程序如下：
#include&reg52.h&//包含头文件
sbit led1=P1^0;//定义变量led1为P1.0，也就是单片机的第一个引脚。
void main()//主程序开始，C语言唯一的一个主程序。
　led1=0;//让单片机的第一个引脚输出低电平，点亮LED。
　　四、单片机最小系统所需的元件清单
　　要制作本单片机最小系统，需要购买下面的元件，清单如下：
　　 五、单片机最小系统制作步骤
　　（一）硬件电路的焊接步骤
　　第一步：到电子市场上购买元件清单上列出的材料，正常的价格在20元以内。
　　第二步：对所有元件进行检测，确保每个元件的质量。
　　第三步：在万能板上依据单片机最小应用系统原理图设计PCB电路图。进行规划振荡电路、复位电路、电源电路、外围电路、单片机芯片的布局时要疏密合理。
　　第四步：依据PCB电路图，先焊接振荡电路，再焊接外围电路，复位电路，电源电路。焊接的时候要注意晶振电路应尽量靠近单片机芯片，性能会更稳定。
　　 （二）把用户编写的程序写入单片机芯片中。
　　第一步：打开KEIL C51软件，建立工程文件和程序文件并做好相应的设置，把上面的八路流水灯源程序输入电脑并保存好。
　　第二步：用KEIL C51调试、编译程序，并生成目标文件*.HEX。
　　第三步：接好编程器，打开DownloadMcu软件，把目标文件写入单片机芯片中。
　　第四步：取下芯片，装在单片机最小系统上，接上电源，调试程序。
　　 六、单片机最小系统的调试技巧
　　 正常情况下，接上电源后都可以正常观测到结八路流水灯的效果，如果没有效果，那我们应该从下面几个步骤来检测：
　　第一步：用万用表检测电源是否接通，主要是看看40脚和20脚之间是否有5V电压。
　　第二步：检测第31引脚，是否有5V电源，目的是确保使用了片内存储器。
　　第三步：检测P3口或P2口的空闲电压是否有5V电压，如果没有，说明单片机系统没有工作。
　　第四步：用万用表检测复位电路，通过复位按键，检测第9脚的电压是否会变化。如果按键没有按下，电压为0V，按键按下后，电压立刻变为5V，之后很快的降为0V，则表示复位电路正常。
　　第五步：用示波器检测振荡电路，主要是检测第18、19脚。检测是否有振荡波产生。如果有，表示振荡电路正常。
　　最后，检测每条PCB板上的焊接走线是否有短路、断路、虚焊等焊接故障，一定要确保焊接走线正常导电，初学者是最容易犯这个错误的。
　　 单片机最小系统经过我们一段时间的设计、焊接、编程、调试后，达到了预定的点亮一个LED的功能，虽然只是简单的焊接和调试，但从中我们也接触了不少的关于单片机的知识。此次设计让笔者对单片机有了初步的认识，从而能够了解单片机工作的模式和具体过程，明白了怎样利用单片机来设计满足自己设定功能的作品，以及利用单片机来控制系统等。掌握了这些就可以利用单片机最小系统来拓展功能，制作自己想做的东西，对科研立项等活动有很大的帮助作用。
　　本节课我们做一个单片机小制作，这里面涉及到很的实践方面的知识，比如编辑软件的使用，单片机实验板的使用等知识，下节课我们将陆续给大家讲清楚这些关键操作。
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用单片机的最多5个引脚来控制16个led灯，能锁存住led的状态，大家分析分析看
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用单片机的最多5个引脚来控制16个led灯，单片机是stm32
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可以用74HC164，印象中3个IO就够了；
也可以用IO扩展的芯片；
推荐楼主用PCF8574，IIC并行口扩展芯片，主需要两个IO，模拟IIC通信，可以同时控制8个PCF8574；
该器件包含一个8位准双向口和一个I2C总线接口。PCF8574电流消耗 ...
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说的不是很清楚，16个LED是怎么个亮法啊
技术交流可以论坛回帖。
技术合作可以通过以下方式：
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songchenping 发表于
说的不是很清楚，16个LED是怎么个亮法啊
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jjjyufan 发表于
厉害，貌似要用spi去控制，spi用掉了
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再说了 不是有cs吗
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jjjyufan 发表于
再说了 不是有cs吗
多谢，我先查下资料
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jjjyufan 发表于
再说了 不是有cs吗
我能不能用这个CD4027，上升沿jk触发器来控制，我用4个引脚接74HC154，74HC154是4个引脚选通16个，需要哪个亮就控制4引脚通过74HC154上升沿来选通，搞出一个上升沿来翻转触发器，触发器可保持状态就常亮了，这个想法您觉得可行吗？
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利用io的堆挽和开漏特性，及二极管的单向导通
可以用5个io实现对20个led的控制
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只要电阻和led就够了
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可以用74HC164，印象中3个IO就够了；
也可以用IO扩展的芯片；
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楼上版主的方法很好，可以考虑考虑!
DSP=DA SHAN PAO
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。这个是实例，好像很方便的
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mmuuss586 发表于
可以用74HC164，印象中3个IO就够了；
也可以用IO扩展的芯片；
/Documents/.htm。这个是实例，确实很方便
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jhc8711 发表于
/Documents/.htm。这个是实例，确实很方便
谢谢，我看看；
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mmuuss586 发表于
可以用74HC164，印象中3个IO就够了；
也可以用IO扩展的芯片；
请教一下，需要加隔离电源吗？我的stm32引脚控制电磁阀，24v 3.3v是共地的
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本帖最后由 icekoor 于
13:19 编辑
推荐楼主用PCF8574，IIC并行口扩展芯片，主需要两个IO，模拟IIC通信，可以同时控制8个PCF8574；
该器件包含一个8位准双向口和一个I2C总线接口。PCF8574电流消耗很低，且口输出锁存具有大电流驱
动能力，可直接驱动LED。
北海虽赊，扶摇可接；东隅已逝，桑榆非晚。
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2个IO口，一个TM系列的芯片，1元钱左右。可以控制64个LED
精通光栅类传感器设计全套技术,精通电永磁技术，熟悉电机变频,电涡流传感器,画画原理图,布布电路板,写写程
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.3hz，不懂帮顶---
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每秒24帧，试试
频率高一点吧，至少几百赫兹，不然暗的时候能看出闪烁……
1k左右就足够了。
我去&&&&这些楼主迷茫了吧&& 这么多答案出来了&&&& 本来参考下的&&结果一头雾水路过
设定亮一秒灭一秒亮的一秒时间内渐亮，最亮，渐暗呼吸灯的亮度和限流电阻有关，选择一个合适的限流电阻分别以10hz，50hz，100hz，200hz，300hz，500hz，1khz，3khz，5khz，观察亮度因为你要选择定频，所以在以上频率中选出一个亮度适中稍微偏高的亮度的频率，不要非常亮，不然你的呼吸会突亮突灭然后在调频率宽度其实调节频率宽度也是在调节频率，只是是系列脉冲的频率，不是单脉冲频率这种方法没有直接调节频率来的简单，以上是论述是本人没有经过实践的理论，不代表一定可行，不保证一定正确无纰漏
本人不懂单片机，还是LM358方便，或者555
内容用250hz差不多，我试过，周期几毫秒对亮度影响不大，1khz对亮度有影响
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·cr8f6126t解密成功·STS9101RX解密成功·TM57PA40解密成功·ADUC831BS解密成功·at88sc0104c解密成功·STC12C5604AD解密成功·C解密成功·PIC16F883解密成功·ATMEGA128A解密成功·FM8PU83解密成功·LM3S800解密成功·STM8S103F3P6解密成功·STC12C5608AD解密成功·STC12C5A56S2解密成功·HT46R066B解密成功·STC12C2052解密成功·STC90Le58rd解密成功·pic18f6527解密成功·TMS320LF2407A解密成功·MC56F8036解密成功·MC9S12DG128解密成功·PIC16F72解密成功·PIC16F874A解密成功·PIC16F914解密成功·SN8P2712解密成功·AT89C2051解密成功·STC89LE516解密成功·MPC89E52解密成功·STC90C52解密成功·stc89c54rd+解密成功·stc89c58rd+解密成功·STC12C5A08S2解密成功·STC12C5202AD解密成功·ATF16V8解密成功·GAL20V8解密成功·W78E058DDG解密成功·STC12C5604解密成功·GAL16V8D解密成功·ATMEGA48V解密成功·STC12C5A16AD解密成功·upd78f9234解密成功·AT89C51RD2解密成功·PIC16F716解密成功·AT88S102解密成功·pic16f723解密成功·tmp87ph47ug解密成功·TM57PA40解密成功·EPM570T100解密成功·HT46R47解密成功·STM8S105解密成功 ·W77E516解密成功·atmega88pa解密成功·STM8S903解密成功 ·STM8S103解密成功·C解密成功·DS2430A解密成功·LPC1751解密成功·ATTINY13V解密成功·PIC12F629解密成功·TMS320LF2406A解密成功·STM8S003解密成功·C解密成功·MC98HC908AZ60解密成功·STC12C5404解密成功·EPM240T100C5N解密成功·C解密成功·STC12C5A32解密成功·HD解密成功·SS362B芯片解密·D75P308GF解密成功·STC10.11.12全系列新版本解密成功·stm8s003f3解密成功·HD64F3069解密成功·MB90F562B解密成功·ATF1508AS芯片解密成功·EPM240T100解密成功·MN101EF31G解密成功·MB89P538解密成功·MB89P165解密成功·MB89P131解密成功·DS1971解密成功·SAK-XC866解密成功·M30627FHPGP解密成功·XC9536XL解密成功·P89LPC9408解密成功·SAB-C505L解密成功·STM8S207解密成功·STM8S105解密成功·STM8S103解密成功·XC9536XL解密成功·DSP56F807解密成功·ADUC831解密成功·TMS320E系列成功解密·TMS320F28系列成功解密·DS2433/DALLS系列芯片成功解密·STM32F103解密成功·C8051F系列成功解密·STC10/11/12系列解密成功·HD64FXXXX系列解密成功·HD6473256CP解密成功
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