1.5 单片机最小系统

搭建一个单片机最小系统，是大多数初学者亲自动手来感受单片机的第一步。在这个环节中，可以对单片机有更加深入地认识。

1.5.1 单片机最小系统

单片机的最小系统是由组成单片机系统必需的一些元件构成的，即无论你要完成什么任务，这些东西都是必须的。比如，一个应用系统不能没有单片机芯片，不能没有电源，不能没有产生时钟的晶体振荡器，一般还需要能使单片机复位的电路等。

下面就根据图1-14所示，给单出片机最小系统的连接图。

现在来实际的搭建一个最小系统的电路图。首先可以找一块面板，一些细导线，在面板上进行线路连接。连接的时候，最好先在放置单片机芯片的位置连接一个40引脚的插座，便于以后单片机芯片的拔插。如果有单片机的开发系统，可以利用开发系统中提供的单片机资源，就没必要连接这样的最小系统了。

● 电源：40引脚VCC接+5V电源，20引脚VSS接地。

● 振荡电路：买来晶体振荡器、电容，按图1-14接在单片机芯片的18、19脚上。

● 复位引脚：按图1-14中画法连好。

● 引脚：引脚接+5V电源。

连接好这个最小系统后，就可在这个最小系统的基础上扩展功能。

1.5.2 彩灯控制器的设计

在商店和家庭中，经常使用彩色的小灯来进行装饰和烘托气氛。通过简单的控制系统，可以使彩灯按照特定的规律进行闪烁。下面便介绍其中一种控制方法。

1．彩灯控制器硬件设计

最小系统最简单的应用，就是在口线上接彩灯。它简单易学，在实验室就能做，所有实验系统都有此实验。下面讨论的设计过程，最小系统是固定的，功能可一部分一部分地扩展。对于彩灯控制器，只要在口线上加线驱动器就行。

这些小的实验设计可用89C51或89C2051。其内部自带闪速存储器，可反复擦写。下面是用89C51设计的原理图，如图1-15所示。

注意：31脚通过一个电阻接高电平，复位电路和时钟电路不变。

2．彩灯控制器软件设计

彩灯控制软件的作用是使小灯闪烁和色彩按照一定的时序进行，因此，程序设计也主要考虑这方面的问题。

1）延时程序

设计软件之前，要考虑数据的编码和硬件的反应时间与人眼的视觉暂留时间。指示灯的闪动，即一亮一暗的延时，应在0.5s以上。一般定1s，不然人的眼睛感觉不出亮暗变化。若延时太短，对人的感觉是指示灯全亮或全暗，这一点要特别注意。

编程时两次送数之间要延时，延时程序一般用循环程序编写（也可用定时器）。延时程序为：

    DEL:   MOV R7, #0FFH
    DEL1:  MOV R6, #0FFH
    DEL2:  DJNZ R6, DEL2
          DJNZ R7, DEL1
          RET

此程序为二重循环，第一循环体为“DEL2: DJNZ R6, DEL2”，第一循环体完后再进入第二循环体DJNZ R7, DEL1，如此类推，可编多重循环程序。

2）数据的编码

从原理图上可以知道，P1口线为低电平时指示灯亮，P1口线为高电平时指示灯不亮。在编程时用字节操作法，设定指示灯亮的对应口线为低电平，指示灯不亮的对应口线为高电平，把这些亮暗的情况先用十六进制编码。例如，要P1.0亮，其他的为暗，编码时暗的口线为“1”，亮的口线为“0”，如下所示：

这种情况编码的十六进制值为FEH，后面带H表示此值为十六进制值。如要P1.7亮，其他为暗时，如下所示：

其十六进制编码为7FH。要两边亮，中间暗时，如下所示：

其十六进制编码值为7EH，如此类推，可编各种情况的码值。例如，依次点亮的码值为FEH、FDH、FBH、F7H、EFH、DFH、BFH和7FH。两边的灯依次向中间点亮的编码为7EH、BDH、DBH和E7H。

3）编程

掌握以上的基本知识后，可编写下面的彩灯控制器程序，程序的功能是使接于P1口的8个指示灯顺次点亮，反复循环。

    ORG  0000H         ；指定下面所编的程序固化到ROM中的起始地址
    LOP: MOV  P1, #0FEH ；第1个指示灯亮
    ACALL  DEL         ；调用延时子程序延时
    MOV  P1, #0FDH      ；第2个指示灯亮
    ACALL  DEL
    MOV  P1, #0FBH      ；第3个指示灯亮
    ACALL  DEL
    MOV  P1, #0F7H      ；第4个指示灯亮
    ACALL  DEL
    MOV  P1, #0EFH      ；第5个指示灯亮
    ACALL  DEL
    MOV  P1, #0DFH      ；第6个指示灯亮
    ACALL  DEL
    MOV  P1, #0BFH      ；第7个指示灯亮
    ACALL  DEL
    MOV  P1, #7FH       ；第8个指示灯亮
    ACALL  DEL
    AJMP  LOP          ；反复循环
    DEL:MOV R7, #0FFH   ；延时子程序
    DEL1:MOV R6, #0FFH
    DEL2:DJNZ R6, DEL2
    DJNZ R7, DEL1
    RET  ；子程序返回

将此程序汇编后固化到2764或89C51中，彩灯应按以上编程思路变化。可以编写各种控制彩灯变化的程序，使彩灯变换花样更多，运行后更加美丽。此程序可作为以后讲解的示范程序。

下面设计一个实际应用的产品：顺序控制器。

1.5.3 顺序控制器的设计

顺序控制是工业自动控制系统中常见的一种控制方式。所谓顺序控制是指按时序或事序规定工作的自动控制方式。

该产品使用89C51, P1.0～P1.3分别通过光电隔离后，用4只三极管，驱动4只继电器工作，通过继电器可控制4台电动机工作。

设计时先作原理图如图1-16所示，然后按原理图焊接硬件（做成印制线路板最好），也可用分立拼装板。将CPU板和驱动板、继电器板、光耦板拼装好，按原理图1-16，连好线，检查无误后进行下一步。

1．硬件好坏诊断

用瞬间短路法诊断硬件好坏。用一根导线分别将P1.0、P1.1、P1.2和P1.3对地瞬间短路，继电器应动作。若不动作，则可能有两种情况和解决方法。如果所有的继电器不动作，首先应查电源的正负线是否连好，用万用表测+12V和+5V是否正常。如果个别继电器不动作，则要分别查对应的光耦、三极管和继电器。检查方法如下。

（1）先查光耦。将P1的某一口线对地瞬间短路，对应光耦的内部三极管集电极应有电压高低变化。图1-16中光耦的内部发光二极管的阴极为高电平时，发光二极管熄灭，内部三极管截止。光耦的内部三极管集电极为高电平，图1-16中光耦的内部发光二极管的阴极为低电平时，发光二极管发光，内部三极管导通，光耦的内部三极管集电极为低电平。若三极管没有高低电平变化，说明光耦是坏的，换光耦。反之说明光耦是好的。

（2）继续查继电器4123。当三极管集电极为低电平时，继电器得电，应吸合，若不吸合说明继电器坏，换继电器。还应查一下二极管是否击穿。一个一个元件判断检查，直到全都正常为止。还可用仿真器诊断硬件好坏。也可用固化器，固化程序直接诊断硬件好坏。

2．软件编写

根据以上简单指令可编写程序如下所示。

    ORG 0000H                  ；指定下面所编的程序固化到ROM中的起始地址
     MAIN:  MOV P1, #0FEH       ；第1个指示灯亮
            ACALL DEL           '；调用延时子程序
            MOV P1, # 0FDH     ；第2个指示灯亮
            ACALL DEL          ；调用延时子程序
            MOV P1, #0FBH       ；第3个指示灯亮
            ACALL DEL          ；调用延时子程序
            MOV P1, #0F7H       ；第4个指示灯亮
            ACALL DEL          ；调用延时子程序
            AJMP MAIN          ；循环上面的动作
     DEL:    MOV R4, #0FFH      ；延时子程序
     DEL1:  MOV R5, #0FFH
     DEL2:  DJNZ R5, DEL2
            DJNZ R4, DEL1
            RET                ；子程序返回

将以上程序汇编后，固化到89C51中，插入板中就可运行。有时会出现继电器乱跳，说明有干扰，还要进行软件、硬件抗干扰汇编。