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2023-11-17
单片机原理与应用：C语言基础搭建最小系统
【摘要】：最小系统板上J1是预留的ISP下载接口，兼供电功能。表1-10 最小系统材料清单图1-45 最小系统板所用材料搭建最小系统所用的材料在电子市场上不难买到，价格也不贵。
1.任务要求
2.任务目的
（1）熟练掌握单片机最小系统各元器件的参数和基本电路。
（2）掌握基本焊接技能和实验调试技巧。
3.任务实施
做好前面的准备工作后，就可以动手搭建一个8051单片机运行的最小系统，一步一步地了解单片机的功能和程序开发的方法。
4.确定目标单片机
打造一个单片机的最小系统，首先要做的就是选择一款合适的兼容8051指令的单片机来完成实验过程。本书推荐使用的是由STC公司生产的8051内核单片机STC89C52RC。双列直插型封装的STC89C52RC的外观如图1-40所示。
图1-40 STC89C52RC单片机
STC89C52RC单片机是基于8051内核的新一代增强型单片机，引脚与MCS-51单片机兼容，且具有低功耗、低价格、高可靠性的优点。片内程序存储器基于FLASH工艺，内置ISP监控程序，无须专门的编程器，仅需在系统上电后即可自动检测并从串行接口下载应用程序，并自动保存到FLASH程序存储器中，这无疑给单片机的入门应用带来极大方便。STC89C52RC单片机的内部资源配置见表1-9。
表1-9 STC89C52RC单片机内部资源配置
5.ISP下载
所谓ISP（In System Programming），即在系统可编程。每一个STC89C52RC系列单片机在出厂前已经固化了ISP引导程序，配合PC的下载软件，可以将编译好的程序下载到单片机的FLASH存储器中。在系统可编程这一特性在产品开发中非常有应用价值，单片机可以不经事先编程就可以焊接到PCB上，电路板上预留有下载接口用于后期下载应用程序，这极大地方便了产品的生产和升级维护。
使用ISP方式下载程序的优点是不用额外地购买编程器，只需要简单的串口通信模块就可以完成程序的下载。STC89C52RC单片机的ISP下载模块其实就是一个与PC进行串行通信的转接板，当使用计算机上的串行口（COM口）作为程序的下载接口时，由于单片机串口通信使用TTL电平，而PC串行口通信使用RS232电平，必须通过电平转换电路才能完成二者间的通信。使用MAX232构成的ISP下载模块电路如图1-41所示。
图1-41 基于串行口的ISP下载模块电路
一个非常棘手的问题是，目前绝大多数的PC都已经取消了串行口，这给使用串行接口下载程序带来了不便。解决的办法是将计算机的USB接口模拟成串行口，这样没有串行接口的PC也能与单片机进行串行通信并且完成程序的ISP方式下载。
USB转串口模块采用集成电路来完成串行口的模拟。支持ISP下载的USB转串口芯片很多，常用的有CH340G和PL2303HX等几种。本书使用的ISP下载模块是基于CH340SE的主控芯片，其外观如图1-42所示。
图1-42 USB-TTL
拥有自己的USB-TTL模块并不需要很高的成本。模块的输出引脚排列及与系统板的连接如图1-43所示。
图1-43 USB-TTL模块与系统板的连接
使用时将模块的USB插头插入计算机的USB接口，5 V插针用于给系统板供电，TXD插针与单片机的RXD/P3.0引脚相连，RXD插针与单片机的TXD/P3.1相连，GND引脚与系统板地线相连，正确安装CH340SE的驱动后，即可通过ISP方式为STC89C52RC单片机下载程序。(www.chuimin.cn)
使用ISP下载程序的步骤：
（1）单片机完全断电（电源滤波电容也需要彻底放电）。
（2）PC端下载软件发送下载命令流。
（3）单片机上电（冷启动），内部监控程序自动检测P3.0/RXD引脚上是否有合法的下载命令流。
（4）一旦检测到P3.0/RXD引脚上合法的下载命令流，即将程序下载到单片机的程序存储器中，并且软件复位单片机，开始运行应用程序。
（5）如果没有检测到下载命令流，单片机程序指针自动转向用户程序区，并开始运行用户程序。
6.面包板上的8051
8051单片机运行时需要时钟和复位电路的配合，这也是为其搭建最小系统板时需要重点考虑的问题。STC89C52RC单片机的最小系统电路如图1-44所示。
在图1-44所示的电路中，有几点需要注意：
图1-44 STC89C52RC单片机最小系统电路
（1）
/VPP引脚。该引脚接高电平时，单片机启动后访问片内程序存储器；接低电平时，访问外部程序存储器。因此，对于很多8051兼容芯片来说，为使其正常工作（访问片内程序存储器），
/VPP引脚应该接高电平。STC89C52RC单片机有些例外，芯片内部已经将
/VPP引脚上拉到VCC，因此该引脚可以悬空，也可以连接至VCC。
（2）ISP下载方式。在使用ISP方式下载程序时，单片机需要在完全断电的情况下冷启动，才能完成程序的下载，在如图1-44所示的电路中，加装了电源开关K1，在下载程序时需要先关闭K1，以断开单片机的供电电源，等下载任务建立好之后，再打开K1，即可将程序下载至单片机的FLASH存储器中。
（3）ISP下载接口。最小系统板上J1是预留的ISP下载接口，兼供电功能。连接USB转串口模块时，要注意模块的数据传送引脚要与单片机的引脚相互配合，一收一发。
使用面包板简单搭建STC89C52RC单片机最小系统的材料清单见表1-10，材料实物如图1-45所示。
表1-10 最小系统材料清单
图1-45 最小系统板所用材料
搭建最小系统所用的材料在电子市场上不难买到，价格也不贵。在系统板搭建之前，有些元器件还需做一点准备工作：为了让电源开关能正确地插入面包板，同时又不会引起电源短路，需将双排的电源开关引脚的其中一排剪去，只留同一排的三个引脚，并且使用万用表在这三个引脚中找到常闭的一对，用作系统板的电源开关，如图1-46所示。
图1-46 元器件引脚准备
全部电路搭建完成后，需要多次核对电路方可加电测试，特别是要确保没有短路现象发生，而且电解电容的正负极也不能接反。搭建完成后的系统板如图1-47所示。
图1-47 最小系统面包板搭建电路图
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