51单片机教程（三）- 了解开发板

1、单片机

• 单片机（Micro Controller Unit，简称 MCU）
• 内部集成了 CPU 、RAM （Random Access Memory，随机存储器：与CPU直接交换数据的内部存储器-可随时读写）、ROM（Read-Only Memony，只读存储器：只允许在生产出来之后有一次写的机会，数据一旦写入则不可更改）、定时器、中断系统、通讯接口等一系列电脑的常用硬件功能。
• 单片机的任务是信息采集（依靠传感器）、处理（依靠CPU）和硬件设备（如：电机、LED等）的控制。
• 单片机跟计算机相比，单片机算是一个 袖珍版计算机，一个芯片就能构成完整的计算机系统。但在性能上，与计算机相差甚远，但单片机成本低、体积小、结构简单，在不同的领域大有所用。
• 学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

2、应用领域

• 智能仪表：温湿度、速度、倾斜角度等测量

• 实时工控：控制系统、数据采集系统，如：智能电梯、报警系统、示波器、功率计、分析仪。

• 通讯设备：小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、无线电对讲机等

• 医疗设备：如医用呼吸机、监护仪、超声诊断设备、病床呼叫系统等

• 家用电器：如电饭煲、洗衣机、电冰箱等。

3、MCU结构

• 微处理器（CPU）
  • 用于数据处理、位操作（位测试、置位、复位）
• RAM：
  • 512字节，类似于电脑的 "内存"：用于存储程序运行中的工作变量与数据
• ROM：
  • 8K（Flash），类似于电脑的 "硬盘"，存储程序，用于永久性存储应用程序
• 并行输入/输出口/ IO
  • 用于系统总线、扩展外存、IO接口芯片
• 串行输入/输出口 UERT
  • 串行通信、扩展IO接口芯片
• 定时器/计数器
  • 让与CPU之间各自独立工作，当计数器满时向CPU发起中断请求
• 时钟电路
  • 分为内部振荡器、外部振荡器，用于CPU有"规律" 的运行

4、STC89C52

1 介绍

• STC89C52系列单片机（51单片机：80年代 Intel 开发的 8051 单片机内核的统称，所以但凡与 '8051' 内核一致的单片机都被统称为 51系列单片机）是STC公司推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰/超低价的8位单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟每机器周期和6时钟每机器周期可以任意选择。
• 资源
  • 位数：8位
  • RAM：512字节
  • ROM：8K（Flash）
  • 工作频率：11.0592MHz
• 拓展：计算机的存储结构
  • 哈佛结构：程序存储与数据存储分开 --- 单片机
  • 冯诺依曼结构：程序存储与数据存储在一起 --- 通用计算机
• 区别：STC89C52和AT89C52
  • 相同点：8位微控制器，基于相同的MCS-51内核架构，很多引脚和功能方面都是相似的
  • 不同点：STC89C52是由STC公司（宏晶）生产的，而AT89C52是由ATMEL公司生产的。STC89C52在功能上做了很多改进：如内置4KB EEPROM、MAX810复位电路、7向量4级中断结构等。此外，STC89C52支持在线编程功能

2 命名规则

• 特点
  • 工作电压：5.5V-3.8V
  • 工作频率范围：0~35MHz
  • 片内Flash程序存储器（ROM）：8K
  • 数据存储器（RAM）：512字节
  • 工作温度范围:：-40 ~ +85℃

3 最小开发系统

• 介绍

  • 最小系统：就是在单片机上接上最小的外围电路原件让单片机工作。

  

• 说明

  • MCU供电接电容：实现滤波，即：稳压（水流进池子，待水平稳后再流出）
  • 晶振：为MCU提供一定工作周期驱动程序一步步向下执行。
  • RST：上电：电容充电，则为短路，当电容充电完毕后，则接地，从而实现高低电平切换的目的（相当于电脑的 "重启"）。

• 组成

  引脚	描述
  P0/P1/P2/P3	8位双向 IO口
  RST： Reset	复位输入，当振荡器工作时，RST 引脚出现2个机器周期以上高电平将是单片机复位。
  RXD：Receive Data	在串口通信中，表示接收端，用于接收数据。
  TXD：Transmit Data	在串口通信中，表示发送端，用于发送数据。
  INT0/INT1	外部中断0/外部中断1输入端
  T0/T1	定时器、计数器0/计时器1外部输入端
  WR	片外数据存储器写选通信号输出端
  RD	片外数据存储器读选通信号输出端
  XTL1/XTL2	片内振荡电路的输入端/输出端。
  GNG	接地线。
  PSEN	外程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，由外部程序存储器取指令(或数据)时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。
  ALE	地址锁存允许信号，当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节，一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
  EA	外部访问允许，程序存储器的内部选项，接低电平才能够外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
  VCC	电源输入，接 +5v 电源

• 分类

  1. 电源管脚：Vcc、Vss - 5v
  2. 时钟电路管脚：XTAL1、XTAL2
  3. 信号控制管脚：RST、ALE、PSEN
  4. I/O管脚：P0、P1、P2、P3

---

• 晶振
  • 介绍
    • 石英晶体振荡器，通过一定的外接电路来，可以生成频率和峰值稳定的正弦波；也是用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。
  • 说明：
    • 晶振频率确定了单片机的基本时钟周期 【 t = 1 T t = \frac{1}{T} t=T1】。晶振的频率越高，单片机的时钟周期越短，单片机的处理速度越快。反之，晶振的频率越低，单片机的时钟周期越长，单片机的处理速度越慢，单片机的一切指令的执行都是建立时钟频率之上的。
  • 作用：为系统提供基本的时钟信号。
  • 分类
    • 12M：片内时钟振荡方式
    • 11.0592MHz：外部时钟方式（XTAL1为片内震荡电路的输入端，XTAL2为片内震荡电路的输出端，对应单片机内部的电路是高增益放大器）
  • 补充
    • 晶振波形一般是正弦波或者方波，当输出波形是方波时，一般上升沿比较抖，且包含了较多的高频信号，这个时候就要保证测试的带宽足够，理论值是带宽是被测信号频率的2倍，实际测试方波时带宽应该是被测信号频率的10倍。
      

4 CH340烧录模块

• VCC：从USB取出来的5V电源

• TXD：串行数据输出

• RXD：串行数据输入

• GND：模块接地

5 数码管

• LED数码管的a～g七个发光二极管。加正电压的发光，加零电压的不能发光，不同亮暗的组合就能形成不同的字型。

6 WIFI模块

• 尺寸：32mm x 20mm x 4.5mm
• 工作供电：单5V或3.3V
• 温度范围： -45°C ~ +85°C

7 红外传感器模块

• 通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，
• 发射部分：包括键盘、编码调制、LED红外发送器；
• 接收部分：包括光、电转换放大器、解调、解码电路。

8 发光二极管模块

• 介绍
  • 简称为LED，是一种常用的发光器件，可高效地将电能转化为光能。
  • 发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
• 探索
  • LED灯PN节原理。

9 按键模块

• 介绍
  • 按键是一种机械开关，按下即电路导通，松开即电路断开。
  • 由于上拉电阻的存在，因此一般按下时低电平，释放时高电平。
• 探索
  • 按键的抖动问题及如何消抖？

10 蜂鸣器模块

• 介绍

  • 一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电。

• 分类

  • 无源蜂鸣器：方波信号输入谐振装置转换为声音信号输出。

  

  • 有源蜂鸣器：直流电源输入经过振荡系统的放大取样电路在谐振装置作用下产生声音信号。