微控制器彩燈移動實驗 微控制器最小系統電路組成作用

2021-10-14 11:47:47 字數 2444 閱讀 9143

電源電路:作為電子器件,51微控制器當然少不了電源供電,它一般使用5v電源,我們可以從大家所熟悉的usb介面獲取5v電源。在圖中,每個vcc符號都是共同連線在5v電源正極的;而所有的gnd符號連線在一起,共同接到電源負極。圖中之所以沒有把它們連線到一起,而是使用多個vcc和gnd符號,是為了讓電路圖看起來更清晰簡潔(vcc = volt current condenser,表示供電電壓;gnd = ground,接地的意思,可以簡單理解為連線到電源負極,並且我們以gnd作為參考電壓,gnd的電壓值始終為0v)。

特別注意,一定不要把微控制器接到過高的電壓上,或者將電源正負極接反,很可能燒壞微控制器,甚至發生**。如果微控制器是插在晶元插座上的,由於vcc和gnd剛好在對稱的位置,插反了剛好會出現電源接反的情況,一定要注意避免。

這裡補充一點,如果需要知道一種晶元使用的電源電壓,通常可以查官方給出的晶元手冊,後面會對晶元手冊進行介紹。

時鐘電路:連線在引腳xtal1、xtal2和gnd間的電路是時鐘電路(xtal = external crystal oscillator,表示外接晶振)。前面的電源比較好理解,但是什麼是時鐘電路呢?它有什麼用處呢?時鐘電路就像是人的心臟一樣,每時每刻不斷跳動著,對於微控制器來說是至關重要的。如同心臟給我們的身體不斷運輸血液和氧氣,讓身體各種器官正常工作,而時鐘電路則是微控制器內部各部分電路正常工作的驅動力。

時鐘電路由晶振和電容器組成。晶振是一種由石英製造的電子元件,在通電時,其表面會產生特定頻率的振盪,最後通過電路可以輸出乙個頻率很穩定的時鐘訊號,驅動微控制器工作。我們人的心臟每分鐘跳動幾十到上百次,而對於微控制器來說,這實在太慢了。圖中的晶振頻率是 12mhz(1mhz=1,000,000hz),正常工作起來,每秒鐘振盪12,000,000次!實際上,時鐘電路的晶振並非必須是12m,也可以是其他的,但是要注意stc89c51這款微控制器最高工作頻率不能超過80m(這個同樣可以通過晶元手冊查詢)。實際上我們使用更多的是11.0592m的晶振,為什麼是這樣奇怪的頻率呢?後面講到串列埠的時候相信讀者就能明白了。

時鐘電路還用到c2和c3兩個電容,如果不了解電容,可以找找常用電子元器件介紹的相關資料,這裡不做介紹。這兩個電容通常用瓷片電容,容量一般取30pf即可。

順便說一下,如果自己設計時鐘電路,晶振和微控制器之間的連線不要過長,這樣可能會導致電路不能正常工作(不能起振)。

時鐘每產生一次振盪的時間,叫做乙個時鐘週期;對於我們用的這款51微控制器,每12個時鐘週期,微控制器執行一步操作,稱為乙個機器週期(stc也推出了 1t微控制器,每1個時鐘週期就執行一步操作)。如果是12m晶振,時鐘週期就是1/12 us,機器週期剛好是1 us。

大家應該還記得前面說的上世紀古老龐大的計算機埃尼阿克吧,埃尼阿克一秒鐘能進行5000次加法運算,那在當時已經是相當高的水平了。但是和我們的 51 微控制器比起來,實在是小巫見大巫。51微控制器可以在乙個機器週期裡進行一次加法運算(即彙編指令add),用12m晶振,1秒鐘最多可以進行一百萬次加法運算,是埃尼阿克的200倍(不考慮資料在暫存器和記憶體之間的移動)。看到這裡,大家是不是在為自己能用上這麼高科技的東西而竊喜呢?

復位電路:圖中連線到rst引腳的那部分電路就是復位電路,由電阻和電容組成。復位電路的作用,就是在剛通電的時候給微控制器發出乙個訊號(對於51微控制器,是連續至少兩個機器週期的高電平),告訴微控制器現在可以開始工作了。於是微控制器就從初始狀態開始,不厭其煩的執行特定的程式,直到斷電,或者出現特殊情況導致程式終止。一般情況下,微控制器正常工作時是不應該出現程式執行終止的情況的,有關這個問題,後文講微控制器程式特點時會說明。

復位電路的原理,是上電時通過電阻給電容充電,讓電容連線到rst管腳的電壓,從5v變為0v,也就是高電平變為低電平。電阻和電容的取值,按照圖中給出的參考值即可,如果對模擬電路有了解,也可以自行計算確定其取值。

另外,圖中的ea/vpp管腳,是訪問內部或外部程式儲存器選擇訊號和提供程式設計電壓的,一般用的不多。直接連線vcc就可以了。

實際做實驗的時候,我發現微控制器不接復位電路,晶振上的兩個電容省去,一般也能工作。但是為了安全起見,有條件的情況下還是應該把這些都接上。我們需要嚴謹的科學態度。

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