跟我學(xué)51單片機(jī)（一）：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)組成與I/O輸出控制

2. 復(fù)位電路

　　在單片機(jī)系統(tǒng)中，復(fù)位電路是非常關(guān)鍵的，當(dāng)程序跑飛（運(yùn)行不正常）或死機(jī)（停止運(yùn)行）時(shí)，就需要進(jìn)行復(fù)位。

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

　　復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電自動(dòng)復(fù)位和開(kāi)關(guān)復(fù)位。圖2 中所示的復(fù)位電路就包括了這兩種復(fù)位方式。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時(shí)電容的負(fù)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(fù)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(fù)位按鍵，當(dāng)復(fù)位按鍵沒(méi)有被按下的時(shí)候電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，在芯片正常工作后，通過(guò)按下按鍵使RST管腳出現(xiàn)高電平達(dá)到手動(dòng)復(fù)位的效果。一般來(lái)說(shuō)，只要RST 管腳上保持10ms 以上的高電平，就能使單片機(jī)有效的復(fù)位。圖中所示的復(fù)位電阻和電容為經(jīng)典值，實(shí)際制作是可以用同一數(shù)量級(jí)的電阻和電容代替，讀者也可自行計(jì)算RC 充電時(shí)間或在工作環(huán)境實(shí)際測(cè)量，以確保單片機(jī)的復(fù)位電路可靠。

　　3. EA/VPP（31 腳） 的功能和接法

　　51 單片機(jī)的EA/VPP（31 腳） 是內(nèi)部和外部程序存儲(chǔ)器的選擇管腳。當(dāng)EA 保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)EA 保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，只訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。

　　對(duì)于現(xiàn)今的絕大部分單片機(jī)來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器（一般為flash）容量都很大，因此基本上不需要外接程序存儲(chǔ)器，而是直接使用內(nèi)部的存儲(chǔ)器。

　　在本實(shí)驗(yàn)套件中，EA 管腳接到了VCC 上，只使用內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器。這一點(diǎn)一定要注意，很多初學(xué)者常常將EA 管腳懸空，從而導(dǎo)致程序執(zhí)行不正常。

　　4. P0 口外接上拉電阻

　　51 單片機(jī)的P0 端口為開(kāi)漏輸出，內(nèi)部無(wú)上拉電阻（見(jiàn)圖3）。所以在當(dāng)做普通I/O 輸出數(shù)據(jù)時(shí)，由于V2 截止，輸出級(jí)是漏極開(kāi)路電路，要使“1”信號(hào)（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(jié)構(gòu)

　　另外，避免輸入時(shí)讀取數(shù)據(jù)出錯(cuò)，也需外接上拉電阻。在這里簡(jiǎn)要的說(shuō)下其原因：在輸入狀態(tài)下，從鎖存器和從引腳上讀來(lái)的信號(hào)一般是一致的，但也有例外。例如，當(dāng)從內(nèi)部總線輸出低電平后，鎖存器Q ＝ 0， Q ＝ 1，場(chǎng)效應(yīng)管V1 開(kāi)通，端口線呈低電平狀態(tài)。此時(shí)無(wú)論端口線上外接的信號(hào)是低電平還是高電平，從引腳讀入單片機(jī)的信號(hào)都是低電平，因而不能正確地讀入端口引腳上的信號(hào)。又如，當(dāng)從內(nèi)部總線輸出高電平后，鎖存器Q ＝ 1, Q ＝ 0,場(chǎng)效應(yīng)管V1 截止。如外接引腳信號(hào)為低電平， 從引腳上讀入的信號(hào)就與從鎖存器讀入的信號(hào)不同。所以當(dāng)P0 口作為通用I/O 接口輸入使用時(shí)，在輸入數(shù)據(jù)前，應(yīng)先向P0 口寫(xiě)“1”，此時(shí)鎖存器的Q 端為“0”，使輸出級(jí)的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管V1、V2 均截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，才可作高阻輸入。

　　總結(jié)來(lái)說(shuō)：為了能使P0 口在輸出時(shí)能驅(qū)動(dòng)NMOS 電路和避免輸入時(shí)讀取數(shù)據(jù)出錯(cuò)，需外接上拉電阻。在本實(shí)驗(yàn)套件中采用的是外加一個(gè)10K 排阻。此外，51 單片機(jī)在對(duì)端口P0—P3 的輸入操作上，為避免讀錯(cuò)，應(yīng)先向電路中的鎖存器寫(xiě)入“1”，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，以避免鎖存器為“0”狀態(tài)時(shí)對(duì)引腳讀入的干擾。

　　5. LED 驅(qū)動(dòng)電路

　　細(xì)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(guò)1K 電阻接到單片機(jī)I/O 口上的（見(jiàn)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(lán)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(jī)（如本實(shí)驗(yàn)板中所使用的STC89C52單片機(jī)）的I/O 口作為輸出口時(shí)，拉電流（向外輸出電流）的能力是μA 級(jí)別，是不足以點(diǎn)亮一個(gè)發(fā)光二極管的。而灌電流（往內(nèi)輸入電流）的方式可高達(dá)20mA，故采用灌電流的方式驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。當(dāng)然，現(xiàn)今的一些增強(qiáng)型單片機(jī)，是采用拉電流輸出（接法2）的，只要單片機(jī)的輸出電流能力足夠強(qiáng)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(shè)計(jì)

　　在單片機(jī)編程語(yǔ)言上，有C 語(yǔ)言和匯編兩種選擇。本系列教程采用C 語(yǔ)言編寫(xiě)程序，在此對(duì)Ｃ語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言在進(jìn)行單片機(jī)開(kāi)發(fā)時(shí)進(jìn)行下簡(jiǎn)單比較，匯編語(yǔ)言面向硬件，要求對(duì)硬件的特性如寄存器之類(lèi)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(jī)之間的程序不能通用，例如學(xué)會(huì)了51 單片機(jī)的匯編指令，卻沒(méi)法用到AVR 單片機(jī)上。Ｃ語(yǔ)言面向過(guò)程，可讀性和移植性很好，效率要比匯編低一些。對(duì)于剛接觸單片機(jī)的人來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)這兩種語(yǔ)言是一樣的，但在以后的開(kāi)發(fā)效率上，C 語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了，其可以幾乎完全不改動(dòng)的情況下移植，大大提高了開(kāi)發(fā)速度。

　　控制發(fā)光二極管D1 閃爍的C 語(yǔ)言源程序：

　　1. 程序詳細(xì)說(shuō)明

　?。?）頭文件包含。程序接下來(lái)調(diào)用的P0_0 就是該頭文件中定義好的一個(gè)寄存器地址。在對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的寄存器操作之前，應(yīng)申明其來(lái)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(jìn)行操作。

　?。?）延時(shí)函數(shù)聲明。函數(shù)在調(diào)用之前必須進(jìn)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(duì)延時(shí)函數(shù)進(jìn)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。

　?。?）死循環(huán)。

　?。?）輸出高電平，led 不亮。

　?。?）延時(shí)一段時(shí)間，以便人眼能夠直觀看到。

　?。?）輸出低電平，led 點(diǎn)亮。

　?。?）延時(shí)一段時(shí)間。

　　（10）延時(shí)函數(shù)定義。

　?。?1）for 語(yǔ)句循環(huán)延時(shí)。

　　2. 程序流程圖與實(shí)驗(yàn)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(jī)燒寫(xiě)文件，然后就可下載到單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)行了，硬件電路板如圖6 所示，本實(shí)驗(yàn)板上用的是STC89C52RC，可以用通過(guò)板載USB 轉(zhuǎn)串口燒寫(xiě)程序。故將USB 線（本實(shí)驗(yàn)套件中有）連接電腦和實(shí)驗(yàn)板。供電電源可以從USB 取，也可以從外部電源取電。冷啟動(dòng)，即先點(diǎn)擊下載，然后再上電。下載程序到單片機(jī)內(nèi)運(yùn)行后，可以看到實(shí)驗(yàn)板上P0_0 口外接的LED 燈（D1） 一亮一滅的閃爍。