硬件基础知识：从集成电路角度去认识单片机

        本文着手从集成电路角度去认识单片机，主要介绍了单片机的引脚图及引脚功能，以及单片机简易编程。
首先，先看下80C51单片机的功能结构框图。
80C51单片机属于MCS-51系列单片机，采用40引脚双列直插式DIP（Dual In Line Package），内有128个RAM单元及4K的ROM。


80C51单片机的功能结构框图

下面介绍一下单片机的引脚图及引脚功能(如下图所示)，引脚的具体功能将在之后详细介绍。


单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。

1. 电源:
⑴ VCC -芯片电源，接+5V；
⑵ VSS - 接地端；
2. 时钟:
XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。
3. 控制线:
控制线共有4根，
⑴ ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
① ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址
② PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
⑵ PSEN:外ROM读选通信号。
⑶ RST/VPD:复位/备用电源。
① RST（Reset）功能：复位信号输入端。
② VPD功能：在Vcc掉电情况下，接备用电源。
⑷ EA/Vpp:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
① EA功能：内外ROM选择端。
② Vpp功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。
4. I/O线
80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。




       
拿到一块芯片，想要使用它，首先必须要知道怎样连线，我们用的一块称之为89C51的芯片，下面我们就看一下如何给它连线。
1、电源：这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源，其中正极接40管脚，负极（地）接20管脚。
2、振荡电路：单片机是一种时序电路，必须供给脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。只要买来晶体振荡器，电容，连上就能了，按图1接上即可。
3、复位管脚：按图1中画法连好，至于复位是何含义及为何需要复要复位，在单片机功能中介绍。
4、EA管脚：EA管脚接到正电源端。 至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。
我们的第一个任务是要用单片机点亮一只发光二极管LED，显然，这个LED必须要和单片机的某个管脚相连，不然单片机就没法控制它了，那么和哪个管脚相连呢？单片机上除了刚才用掉的5个管脚，还有35个，我们将这个LED和1脚相连。（见图1，其中R1是限流电阻）
按照这个图的接法，当1脚是高电平时，LED不亮，只有1脚是低电平时，LED才发亮。因此要1脚我们要能够控制，也就是说，我们要能够让1管脚按要求变为高或低电平。即然我们要控制1脚，就得给它起个名字，总不能就叫它一脚吧？叫它什么名字呢？设计51芯片的INTEL公司已经起好了，就叫它P1.0，这是规定，不能由我们来更改。


图1 单片机简易应用电路图


       
单片机简易编程
名字有了，我们又怎样让它变'高'或变'低'呢？叫人做事，说一声就能，这叫发布命令，要计算机做事，也得要向计算机发命令，计算机能听得懂的命令称之为计算机的指令。让一个管脚输出高电平的指令是SETB，让一个管脚输出低电平的指令是CLR。因此，我们要P1.0输出高电平，只要写SETB P1.0，要P1.0输出低电平，只要写CLR P1.0就能了。
现在我们已经有办法让计算机去将P10输出高或低电平了，但是我们怎样才能计算机执行这条指令呢？总不能也对计算机也说一声了事吧。要解决这个问题，还得有几步要走。
第一，计算机看不懂SETBCLR之类的指令，我们得把指令翻译成计算机能懂的方式，再让计算机去读。计算机能懂什么呢？它只懂一样东西——数字。因此我们得把SETB P1.0变为（D2H,90H ），把CLR P1.0变为 （C2H,90H ），至于为什么是这两个数字，这也是由51芯片的设计者--INTEL规定的，我们不去研究。
第二步，在得到这两个数字后，怎样让这两个数字进入单片机的内部呢？这要借助于一个硬件工具"编程器"。如果你还不知道是什么是编程器，我来介绍一下，就是把你在电脑上写出来来的代码用汇编器等编译器生成的一个目标烧写到单片机的eprom里面去的工具，80c51这种类型的单片机编程是一件很麻烦的事情，必要要先装到编程器上编程后才能在设备上使用，而目前最新的AT89s51或者STC89C51单片机能支持在线编程（isp）功能，不用拔出来利用简单的电路就可以实现把代码写入单片机内部。
我们将编程器与电脑连好，运行编程器的软件，然后在编缉区内写入（D2H,90H）见图2，写入……好，拿下片子，把片子插入做好的电路板，接通电源……什么?灯不亮？这就对了，因为我们写进去的指令就是让P10输出高电平，灯当然不亮，要是亮就错了。现在我们再拨下这块芯片，重新放回到编程器上，将编缉区的内容改为（C2H,90H），也就是CLR P1.0，写片，拿下片子，把片子插进电路板，接电，好，灯亮了。因为我们写入的（）就是让P10输出低电平的指令。这样我们看到，硬件电路的连线没有做任何改变，只要改变写入单片机中的内容，就能改变电路的输出效果。


图2