项目1 单片机最小系统的设计与制作

【知识目标】

1.理解单片机定义及应用领域

2.掌握单片机的基本结构

3.掌握单片机最小系统的电路组成

【能力目标】

1.掌握常见元器件的识别和检测方法

2.掌握常见仪器仪表使用方法

3.掌握单片机最小系统的制作

任务1.1 单片机最小系统的设计

1.1.1 单片机概述

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、并行I/O、串行I/O、中断系统、定时器/计数器及系统总线集成到一块硅片上，构成一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。

单片机诞生于1971年，根据其基本操作处理的二进制位数分为：4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机。单片机的发展历史大致可分为4个阶段。

第1阶段（1974年—1976年）：单片机初级阶段。因工艺限制，单片机采用双片的形式而且功能比较简单。比如Inetl4004、仙童公司推出的F8单片机。

第2阶段（1976年—1978年）：低性能单片机阶段。Intel的MCS-48系列单片机，该系列单片机集成8位CPU、并行I/O接口、8位定时/计数器，寻址范围不大于4KB，且无串行口。

第3阶段（1978年—1983年）：高性能单片机阶段。Zilog公司推出的Z8单片机，Intel公司推出的MCS-51系列，Mortorola推出的6801单片机等是本阶段单片机的代表。这类单片机带有串行I/O口、多级中断系统、16位定时器/计数器、8位数据线和16位地址线（寻址范围可达64KB），有的片内还带有A/D转换器。这类单片机性价比高，是目前应用数量最多的单片机。

第4阶段（1983年至今）：8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。16位单片机的数据处理速度和性能比8位单片机有较大提高，典型产品有Intel公司的MCS-96系列单片机。32位单片机是单片机发展趋势，目前32位单片机主要应用在高端产品上，以英国ARM公司设计的处理器内核为代表的一系列32位ARM嵌入式微处理器应用广泛。

目前最为典型的、销量最多的仍为51系列单片机。它的功能强大、兼容性好、软件硬件资源丰富。因此，本书以51系列单片机为主。51系列单片机是指由美国Intel公司及其他公司生产的具有51内核的单片机总称。

1.Intel公司生产的51单片机基本类型——8051、8031和8751

8051芯片内程序存储器（ROM）为掩膜型的只读存储器，即在制造芯片时已将应用程序固化在内；8031芯片内无ROM，使用时需外接ROM；8751内的ROM是电可擦可编程读写存储器（EPROM）型，即固化的应用程序可以方便修改。这3种基本型都采用高密度金属氧化物半导体工艺（HMOS工艺），除此之外还有低功耗型的互补金属氧化物半导体工艺（CMOS工艺）器件，如80C51、80C31、87C51等。

2.Atmel公司生产的AT89系列单片机

该系列单片机与Intel8051系列兼容，该公司将电可擦可编程读写存储器（EEPROM）电可擦除技术和闪存（FlashMemory）技术引入到51系列单片机中，使用户可在线编程，便于程序的修改和完善。

3.Philips公司生产的51PLC系列单片机

该系列单片机是基于80C51内核的单片机嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能。

4.STC系列单片机

该系列单片机是我国具有独立自主知识产权的增强型8051单片机，其功能与抗干扰性强，指令代码完全兼容传统8051，速度比传统的快8～12倍，带模数转换器（ADC），4路脉宽调制（PWM）输出，双串口，全球唯一ID号，加密性好，抗干扰性强。

常见MCS-51单片机型号及相关参数如表1-1所列。

表1-1 常见51系列单片机型号及参数

（续）

单片机广泛应用于如下几个领域。

1.智能仪器仪表

单片机广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度等物理量的测量。而且采用单片机控制可以使仪器仪表数字化、智能化、微型化，功能更强大。如功率计、示波器等各种分析仪。

2.工业控制

工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一。用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。如工厂流水线的智能化管理、电梯智能化控制、各种报警系统、与计算机联网构成二级控制系统等。

3.家用电器

目前，家用电器基本上都采用了单片机控制代替传统的电子线路控制，如电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、音响、电子秤等。

4.医疗设备

单片机在医用设备中的用途相当广泛，如医用呼吸机、各种分析仪、监护仪、超声诊断设备、病床呼叫系统等。

1.1.2 单片机基本结构

1.STC89系列单片机特点

51系列单片机种类繁多、功能各异、应用广泛。本书以宏晶公司生产的STC89系列单片机为例，介绍单片机的基本原理及应用。STC89系列单片机主要特点如下。

●时钟周期可选：6时钟/机器周期、12时钟/机器周期；

●工作电压：5.5V～3.4V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）；

●工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz；

●程序存储器（ROM）：4KB、8KB、16KB、20KB、32KB、64KB；

●数据存储器（RAM）：512KB、1280KB；

●通用I/O端口（32/36个），DIP封装单片机I/O端口32个，其他封装I/O端口36个。复位后为普通8051传统I/O端口，P0端口是开漏输出，作为总线扩展用，不用加上拉电阻，若作为I/O端口用，则需加上拉电阻。

●ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程/仿真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序；

●EEPROM功能；

●看门狗；

●共3个16位定时器/计数器，即定时器T0、T1、T2，其中定时器0可以当成2个8位定时器；

●8个中断源，中断优先级4级。外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式来唤醒；

●通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；

●内部集成MAX810专用复位电路（D版本）；

●工作温度范围：0℃～75℃（商业级）/-40℃～85℃（工业级）；

●封装：LQFP-44，PDIP-40，PLCC-44，PQFP-44。

2.STC89系列单片机内部结构

STC89系列单片机内部结构图如图1-1所示。

CPU是单片机的核心，它的作用是读入指令、分析指令和控制单片机各功能部件协同工作，CPU由运算器、控制器和若干寄存器组成。

（1）运算器

运算器也称作算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU），运算器的主要功能是实现算术和逻辑运算。由于ALU内部没有寄存器，参加运算的操作数，存放在累加器A中。累加器A主要存放参加运算的操作数和中间结果，使用频繁。

图1-1 STC89系列单片机内部结构图

（2）控制器

控制器是单片机的指挥部件，主要任务是识别指令、控制各功能部件、保证各部分有序工作。主要包括指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、程序计数器（PC）、程序地址寄存器（AR）、数据寄存器（DR）。

●指令寄存器（IR）：用于存放即将执行的指令代码。

●指令译码器（ID）：用于对指令进行译码，根据译码器输出的电信号，CPU控制其他部件执行相应的操作。

●程序计数器（PC）：用于存放将要执行的指令地址，寻址范围达64KB，该计数器为16位寄存器。程序计数器PC有自动加1功能，从而实现程序的顺序执行，也可通过转移、调用、返回等指令改变程序执行顺序。

●程序地址寄存器（AR）：用于存放将要寻址的外部存储器单元的地址信息。

●数据寄存器（DR）：用于存放读取的外部存储器的数据。

（3）其他寄存器

除了运算器和控制器，CPU还包含一些常见的寄存器，如累加器A、寄存器B、程序状态寄存器（PSW）等。累加器A的功能是存放参加运算的操作数和中间结果；寄存器B的功能主要是在乘除法运算中，存放参加运算的操作数；程序状态寄存器（PSW）的功能是记录CPU的状态，如是否有加减法的进位、借位，数据存储是否有溢出等。

除了CPU外，单片机基本结构还包含程序存储器、数据存储器、通用I/O接口、串行口、定时/计数器和总线扩展控制等。

3.STC89系列单片机封装及引脚

STC89系列单片机有4种封装：PLCC-44、LQFP-44、PQFP-44、PDIP-40。前3种封装引脚数目为44，PDIP封装引脚数目为40，前3种封装增加了P4口（即P4.0、P4.1、P4.2和P4.3）。PDIP封装的STC89系列单片机与常见的51单片机封装一致。STC89系列单片机3种不同封装引脚图如图1-2所示。

STC89系列单片机PDIP封装的40个引脚可以分为4类。

（1）电源引脚

V_CC（40）：电源。

V_SS（20）：接地。

图1-2 STC89系列单片机（LQFP、PLCC、PDIP）封装引脚图

a）LQFP封装引脚图 b）PLCC封装引脚图 c）PDIP封装引脚图

（2）外接晶振引脚

XTAL1（19）：接外部晶体的一端，振荡反向放大器的输入端和内部时钟电路输入端。

XTAL2（18）：接外部晶体的另一端，振荡反向放大器的输出端。

（3）控制引脚

RST（9）：复位端。当单片机在运行时，只要此引脚上出现两个机器周期的高电平即可实现复位。

：地址锁存使能端或编程脉冲输入端。当访问外部存储器时，输出脉冲锁存地址的低字节。不访问外部存储器时，ALE输出信号恒定为晶振振荡频率的1/6，可做外部时钟或定时使用。当作为编程脉冲输入端时用 引脚，它是在进行程序下载时使用。

：访问外部程序存储器的选通信号。当单片机访问外部存储器，读取指令码时， 引脚在每个机器周期产生两次有效信号，即该引脚输出两个负脉冲选通信号；在执行片内程序存储器读取指令码及读写外部数据时，不产生P 脉冲信号。

EA（31）：单片机访问内部或外部程序存储器的选通信号。如果EA为低电平，则单片机从外部程序存储器（0000H～FFFFH单元）开始执行；如果EA保持高电平，则单片机从片内0000H单元开始执行内部程序存储器程序，如果外部还有扩展程序存储器，则在执行完内部程序存储器程序后，自动转向外部程序存储器执行程序。

（4）I/O引脚

1）P0（P0.0～P0.7/AD0～AD7）（39～32）

P0端口是一个漏极开路的8位双向I/O端口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0端口可作为低8位地址和8位数据的复用总线。

2）P1（P1.0～P1.7）（1～8）

P1端口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1端口可驱动4个TTL负载，对端口写入“1”时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电位，可做输入端口。当作为输入端口时，因为有外部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。此外，P1.0和P1.1还可以作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。P1.0和P1.1引脚的复用功能见表1-2。

表1-2 P1.0和P1.1引脚的复用功能

3）P2（P2.0～P2.7/AD9～AD15）（21～28）

P2端口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P2端口可驱动4个TTL负载，对端口写入“1”时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电位，可做输入端口。当作为输入端口时，因为有外部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。P2端口在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2送出高8位地址数据；在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

4）P3（P3.0～P3.7）（10～17）

P3端口可驱动4个TTL负载，对端口写入“1”时，通过内部上拉电阻把端口拉到高电位，可做输入端口。当作为输入端口时，因为有外部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。P3端口处作为一般I/O端口外，还具有复用功能。P3端口的复用功能详见表1-3。

表1-3 P3端口的复用功能

4.STC89系列单片机存储器

STC89系列单片机种类繁多，不同型号单片机内部结构基本一致，不同之处主要体现在内部存储器容量不同，详见表1-1。下面以常见的STC89C52RC为例介绍51单片机的存储器结构。STC89C52RC是一种低功耗、高性能、CMOS的8位控制器，具有8KB可编程Flash存储器，512BRAM，内置4KB的EEPROM存储空间。

根据程序和数据存储方式不同，计算机存储结构可以分为冯·诺依曼结构（普林斯顿结构）和哈佛结构。冯·诺依曼结构是一种将程序存储器和数据存储器并在一起的存储器结构。程序和数据共同使用一个存储空间，程序存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，采用单一的地址及数据总线，程序和数据的宽度相同。冯·诺依曼体系结构如图1-3所示。

哈佛结构是一种将程序存储和数据存储分开的存储器结构，程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。与存储器对应有4套总线：程序存储器的数据总线与地址总线，数据存储器的数据总线和地址总线。这种分离的程序总线和数据总线可允许在一个机器周期内同时获取指令和操作数，从而提高了执行速度。图1-4所示为哈佛体系结构。

图1-3 冯·诺依曼体系结构

图1-4 哈佛结构

STC89C52RC单片机采用的程序存储器和数据存储器分开的哈佛结构。存储器从物理上可以分为内部程序存储器、外部程序存储器、内部数据存储器和外部数据存储器。存储器从逻辑上可以分为统一编址内部和外部程序存储器、分开编址内部数据存储器和外部数据存储器。

STC89C52RC的内部有512B的数据存储器，其在物理和逻辑上分为两个地址空间：内部RAM（256B）和内部扩展RAM（256B），外部扩展64KB容量的外部数据存储器。STC89C52RC内部程序存储器8KB，外部可扩展程序存储器64KB。图1-5为STC89C52RC单片机存储器结构示意。

图1-5 STC89C52RC单片机存储器结构

（1）STC89C52RC单片机程序存储器

由图1-5可知，STC89C52RC单片机内部程序存储器的容量为8KB，编址范围是0000H～1FFFH。外部程序存储器可扩展到64KB，编址范围是0000H～FFFFH。单片机是访问内部程序存储器还是外部存储器，由引脚 决定，当 ，也就是单片机31号引脚接高电平时，CPU从片内0000H开始取指令，当PC值没超出1FFFH时，只访问片内程序存储器，当PC值超出1FFFH自动转向读片外程序存储器空间2000H～FFFFH范围内的程序。当 ，也就是单片机31号引脚接低电平时，只执行外部程序存储器空间0000H～FFFFH内的程序，不执行片内程序存储器内的程序。

程序存储器某些固定单元用于各中断源中断服务程序入口。因为STC89C52RC有8个中断源，所以内部程序存储器空间有8个特殊单元对应8个中断源的中断入口地址。通常这些单元没有存放中断处理子程序，而是存放一条跳转指令，CPU执行跳转指令转向对应的中断服务子程序。表1-4为程序存储器8个中断向量入口地址。

表1-4 中断向量入口地址

（2）STC89C52RC单片机数据存储器

STC89C52RC单片机内部数据存储器容量为512B，外部可扩展64KB容量的数据存储器。STC89C52RC单片机内部512B的RAM分3部分：低128B（00H～7FH）内部RAM；高128B（80H～FFH）内部RAM，内部扩展的256B（00H～FFH）RAM空间。具体分布如图1-5所示。

其中，低128B（00H～7FH）RAM又可分为工作寄存器区（00H～1FH）、位寻址区（20H～2FH）、用户RAM和堆栈区（30H～7FH）。

1）工作寄存器区。

工作寄存器分为4组，分别为工作寄存器组0（00H～07H）、工作寄存器组1（08H～0FH）、工作寄存器组2（10H～17H）和工作寄存器组3（18H～1FH），每组工作寄存器组有8个通用寄存器R0～R7表示，4组工作寄存器不能同时使用，究竟哪一组寄存器被使用，由PSW程序状态寄存器的RS0/RS1标志位决定。工作寄存器组选择标准详见表1-5。当单片机复位后，自动选中第0组工作寄存器，一旦选中了一组工作寄存器，其他3组的地址空间只能用作数据存储器，不能用作寄存器。

表1-5 工作寄存器组选择标准

2）位寻址区。

位寻址区共16Byte，每个字节8位，共128bit，这128bit用位地址编号，范围为00H～7FH。位寻址区既可采用位寻址方式访问，也可采用字节寻址方式访问。表1-6为位寻址区地址表。

表1-6 位寻址区地址表

3）用户RAM和堆栈区。

地址为30H～7FH的单元为用户RAM和堆栈区，用于存放数据以及作为堆栈区使用。单片机复位后，堆栈指针SP的值为06H，应通过指令修改SP的值，将堆栈指针指向该区域。

高128字节（80H～FFH）的空间和特殊功能寄存器（SFR）区的地址空间一致，但物理上两者是独立的，使用时通过不同的寻址方式加以区分。特殊功能寄存器（SFR）离散分布在该区域，其中字节地址以0H或8H结尾的特殊功能寄存器可以进行位操作，其他的只能进行字节操作。表1-7至表1-14列出了不同功能的特殊功能寄存器，这些特殊功能寄存器将在后面的项目应用中进一步讲解。

表1-7 单片机内核特殊功能寄存器

表1-8 单片机系统管理特殊功能寄存器

表1-9 单片机中断管理特殊功能寄存器

表1-10 单片机I/O端口特殊功能寄存器

表1-11 单片机串行口特殊功能寄存器

表1-12 单片机定时/计数器特殊功能寄存器

表1-13 单片机看门狗特殊功能寄存器

表1-14 单片机ISP/IAP特殊功能寄存器

（续）

内部扩展用的RAM在物理上是内部的，但逻辑上是占用外部数据存储器的部分空间，需要用MOVX指令来访问。内部扩展RAM是否可以被访问是由辅助寄存器AUXR（地址8EH）的第EXTRAM位来设置详见表1-8。

内部RAM不够用，需外扩数据存储器，STC89C52RC最多可外扩参量为64KB的RAM。内部RAM和外部RAM采用不同的指令访问，内部RAM采用MOV指令，外部RAM采用MOVX指令，需要注意的是访问外部扩展RAM存储器也是用MOVX指令实现的。

1.1.3 单片机最小系统的电路组成

单片机最小系统指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，对于51系列单片机来说，最小系统一般包括单片机、晶振电路、复位电路、电源电路、ROM选择电路，图1-6为单片机最小系统结构示意图。

图1-6 单片机最小系统结构示意图

1.单片机

前面介绍了STC89系列单片机内部结构及主要特征，后续将以STC89C52RC单片机为例，讲解单片机的基本应用。STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能、CMOS工艺的8bit微控制器，具有8KB可编程Flash存储器，512B数据存储器，内置4KB的EEPROM存储空间，可直接使用串口下载程序。该芯片采用51内核，与市面其他常见51单片机完全兼容，并比传统51单片机增加了不少功能。

2.晶振电路

单片机工作时，是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍地进行。这个脉冲是由单片机控制器中的时序电路发出的。单片机的时序就是CPU在执行指令时所需控制信号的时间顺序，为了保证各部件间的同步工作，单片机内部电路应在唯一的时钟信号下严格地控制时序进行工作。时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟电路有两种方式，一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。

STC89C52RC内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，输入端为芯片引脚XTAL1，输出引脚XTAL2。将这两个引脚接石英晶体振荡器和瓷片电容，就构成一个稳定的自激振荡器。晶振频率一般选取单片机允许的频率范围内，频率越高，速度越快，但功耗也高。因此根据应用要求综合考虑系统性能、功耗、谐波干扰等问题对晶振频率进行选择。晶振旁的两个瓷片电容是用来消减谐波对电路稳定性的影响，其值一般选取在15pF～40pF之间。图1-7为内部时钟电路。

用现成的外部振荡器产生脉冲信号，常用于单片机同时工作，以便多片单片机之间的同步。此方式利用外部振荡脉冲接入XTAL1或XTAL2，对于STC89C52RC单片机，接线方式为外部时钟电源直接接到XTAL1端，XTAL2端悬空。图1-8为外部时钟电路。

图1-7 内部时钟电路

图1-8 外部时钟电路

一般单片机最小系统中选用内部时钟电路方式。

3.复位电路

单片机系统在运行过程中，受到环境影响程序容易无法正常运行。复位电路的作用是使单片机的一些寄存器及存储设备装入厂商预设的初始值，程序从头开始执行。在复位引脚RST输入一个长度至少为2个机器周期的高电平，即可实现单片机的复位。常见的单片机最小系统复位电路有上电复位和按键复位。

现有很多单片机内部集成了上电复位电路，因此无须外接上电复位电路。如果没有，则需将RST复位引脚上接电路至电源，下接电阻至地。当通电时，电容开始充电，电路相当于短路，RST端电压为高电平；当电容充电完毕，电路断开，RST端电压为低电平。只要电容值和电阻值选择合适，就可保证单片机复位。图1-9为上电复位电路。

图1-10为按键复位电路，当按键按下，电路导通，电容瞬间进行放电，RST端电压处于高电平复位状态，完成单片机复位。

图1-9 上电复位电路

图1-10 按键复位电路

4.电源电路

单片机芯片的第40脚为正电源引脚V_CC，一般外接+5V电压，第20脚为接地引脚GND。单片机的工作电压一般是5V，要获得5V的电源方法很多。如采用3节1.5V电池串联、稳压电源、5V的手机充电适配器、USB接口供电。图1-11为电源电路。

5.ROM选择电路

引脚含义是程序存储器选择端，当 接高电平，单片机从内部程序存储器开始执行；当 接低电平，单片机从外部程序存储器执行。图1-12为ROM选择电路，此电路控制单片机从内部程序存储器开始执行命令。

图1-11 电源电路

图1-12 ROM选择电路

综上所述，单片机最小系统由单片机、晶振电路、复位电路、电源电路和ROM选择电路组成。本文采用PDIP-40封装型STC89C52RC单片机，晶振电路选择内部时钟电路，晶振频率选择11.0592MHz，瓷片电容值30pF。复位电路采用按键复位电路，电解电容的值为10μF，电阻值为10kΩ，按键为四脚常开触点开关。电源电路为了方便使用，采用USB接口提供+5V电源，并使用了电源指示灯和电源开关。单片机的31号引脚接+5V电源，从而选择程序从内部程序存储器的0000H位置开始执行。使用Altiumdesinger软件画出单片机最小系统电路图，如图1-13所示。

图1-13 单片机最小系统电路图

任务1.2 单片机最小系统的制作

1.2.1 常见电子元件的识别及检测

在制作单片机最小系统之前，应对常见电子元件进行识别和检测。

1.电阻的识别及检测

电阻在电路中的主要作用为分流、限流、分压、偏置、滤波、阻抗匹配等。根据阻值是否可变，电阻可分为固定电阻和可变电阻；根据材质不同，可以分为碳膜电阻、线绕电阻、金属膜电阻、水泥电阻、热敏电阻等；根据封装，又可以分为直插电阻和贴片电阻。表1-15为常见电阻类型分类。

本书使用的是在万用板上焊接的直插元件和金属膜电阻，讲解电阻的识别及检测方法。图1-14为后续应用中常用的金属膜电阻。

电阻焊接之前需要确定其是否完好以及其阻值大小。电阻值大小的确定有3种方法：标定法、色环法和万用表测量法。

表1-15 常见电阻类型

图1-14 常用金属膜电阻

标定法就是用文字、数字和符号直接在电阻体上标注电阻的阻值、功率和误差。图1-15所示为几种常见的电阻标定法，图1-15a电阻值为10Ω，图1-15b图电阻值为3.9Ω和10KΩ，图1-15c电阻值为6.8Ω，图1-15d电阻值为22Ω。

图1-15 电阻阻值标定法

图1-14所示的金属膜电阻体上没有文字、数字和符号标注，只有几条不同颜色的圆环，这时需要用色环法读取电阻阻值。用色环、色点或色带在电阻表面标出阻值和允许误差的方法，具有标记清晰、容易辨别的特点。多数小功率的电阻都用色环表示，特别是0.5W以下的碳膜和金属膜电阻。色环电阻有4色环电阻和5色环电阻，每一个色环代表不同含义。

图1-16为色环电阻识别图，根据该图可知，不管是4环电阻还是5环电阻，首先应该确定哪是第1环，紧接着确定第2环……第4环或第5环。4环电阻的第1环、第2环代表数字环，第3环代表倍率环，第4环代表误差环。5环电阻的第1环、第2环、第3环代表数字环，第4环代表倍率环，第5环代表误差环。

图1-16 色环电阻的识别

图1-16中的两个色环电阻中，4环电阻的第1环为红色（代表数字2）、第2环为红色（代表数字2）、第3环为黑色（代表数字1）、第5环（第4环）为橙色代表无内容。所以可知该4环电阻阻值为22×1=22Ω。图1-16中的5环电阻的第1环为黄色（代表数字4）、第2环为紫色（代表数字7）、第3环为黑色（代表数字0）、第4环为橙色（代表1kΩ）、第5环为棕色（代表误差±1%），所以可知该5环电阻的阻值为470×1kΩ=470kΩ。

由于电子元件在使用过程中，表面的标注很容易磨损而不易辨识，色环电阻的颜色环也容易读错，因此最保险的方法是使用万用表确定电阻的好坏以及电阻的阻值。万用表分为传统万用表和数字万用表，传统万用表是指针电磁偏转式的，每次使用前都需进行机械调零，使用较繁琐且示数的读取具有主观性，结果不够精确，现在已很少使用，如图1-17所示；而数字式万用表可直接显示数字，结果较精确，目前被广泛使用，如图1-18所示。

图1-17 传统万用表

图1-18 数字万用表

数字万用表测量电阻的步骤如下：

1）将黑表笔插入“COM”孔，将红表笔插入“VΩ”孔，如图1-19所示。

图1-19 将万用表表笔插入相应位置实物图

2）选择适当的电阻量程，将黑表笔和红表笔分别接在电阻两端（注意尽量不要用手同时接触电阻两端，因为人体是一个很大的电阻导体，这样会影响电阻的测量精确性），如图1-20所示。

3）将显示屏上显示的数据与电阻量程相结合，得到最后的测量结果，如图1-21所示。

图1-20 万用表测量电阻值实物图

图1-21 万用表读取电阻值实物图

2.电容的识别及检测

电容是组成电路的基本电子元件之一，它是由两个金属电极中间夹一层电解质构成。当两个电极之间加上电压时，电极上就储存电荷，电容是一种储存电能的元件。电容具有隔直流、通交流的特性。常见电容类型分类如表1-16所列。

表1-16 常见电容类型

（续）

确定电容的容值也有3种方法：直标法、数码标注法和万用表测试法。

（1）直标法

在电容器的表面直接用数字或字母标注出标称容量、额定电压等参数的标注方法。图1-22所示的电解电容表面上直接标出电容的容值为4.7μF，耐压值为50V。

（2）数码标注法

用3位数字表示，前两位数字表示标称容量的有效数字，第3位表示有效数字后面零的个数，单位为皮法（pF）。图1-23瓷片电容上的读数为104，即该电容的容值为10×10⁴pF=10⁵pF。

图1-22 电容直标法

图1-23 电容数码标注法

（3）万用表测试法

下面介绍用数字万用表测量电解电容的方法。

1）将电解电容的两个引脚短接，进行放电，如图1-24所示。

2）将黑表笔插挡入“COM”孔，将红表笔插入“VΩ”孔。将万用表上的旋钮拨至电阻档位，选用量程大的挡位。将红、黑表笔接到电解电容的两个引脚上，注意电解电容有正负极之分，长引脚为正（接红表笔），短引脚为负（接黑表笔）。要求刚接上万用表时不满溢（不显示“1”），如图1-25所示。之后显示屏上电阻值逐渐增大至满溢即显示为“1”，说明电容正常，否则电容已损坏。

图1-24 电容放电操作

图1-25 万用表测量电容的好坏

3）将万用表的旋钮拨至电容档（注意该数字万用表电容量程只有一个，是2000μF），电解电容两引脚短接放电，将红表笔接长引脚，黑表笔接短引脚，读取电容值，如图1-26所示。读出的值与电容的标称值比较，若相差太大，说明该电容容量不足或性能不良，不能使用。

图1-26 用万用表测量电容值

3.二极管的识别及检测

二极管是最常用的电子元件之一，它最大的特性就是单向导电，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。二极管的作用有整流、检波、稳压、开关和发光等。二极管按材质分为硅二极管和锗二极管；按结构分为点接触型、面接触型和平面型，按用途分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、发光二极管、光电二极管和变容二极管，表1-17为常见二极管的分类。

表1-17 常见二极管类型

由于二极管具有单向导通性，因此在使用之前需确定二极管的极性——阳极和阴极，检测方法有目测法和万用表测量法。

（1）目测法

有的二极管把极性标示在外壳上，用一个不同颜色的环来表示负极，有的直接标上“-”号。而发光二极管有两个引脚，通常长引脚为正极，短引脚为负极。发光二极管的管壳呈透明状，所以管壳内的电极清晰可见，内部电极较宽较大的一个为负极，而较窄且小的一个为正极。图1-27给出了不同二极管目测后的极性。

（2）万用表测量法

将数字万用表的旋钮拨至二极管挡位，将红表笔接二极管的阳极，黑表笔接二极管的阴极，数字万用表显示屏显示二极管正向压降；将红黑表笔反接，则显示屏显示满溢标志“1”，如果是发光二极管，加正向压降时，发光二极管点亮。图1-28所示为用数字万用表测试发光二极管的极性及好坏。

4.晶体管的识别及检测

晶体管也称双极型晶体管，是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。晶体管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成3部分，中间部分是基区，两侧是发射区和集电区。排列方式有PNP和NPN两种类型，如图1-29所示。

图1-27 目测二极管极性

图1-28 用数字万用表测试发光二极管

图1-29 NPN型和PNP型晶体管及电路符号

晶体管按材质可以分为硅管和锗管，按结构可以分为NPN管和PNP管，按功率可以分为小功率管、中功率管、大功率管，按工作频率可以分为低频管、高频管和超频管；按安装方式可以分为直插晶体管和贴片晶体管，按功能分为开关管、功率管、达林顿管、光敏管等。晶体管实物图如图1-30所示。

图1-30 晶体管实物图

a）大功率晶体管 b）金属外壳晶体管 c）贴片晶体管 d）9013晶体管 e）TIP41晶体管 f）贴片晶体管

单片机的I/O驱动能力有限，因此在本教程中有些应用中要用到三极管，进行电流放大，用于驱动发光二极管、数码管、点阵等。首先要确认晶体管是NPN管还是PNP管，然后确定晶体管的3个引脚分别是什么引脚。测量方法有目测法和万用表测量法。

目测法就是从封装及外形上识别，图1-31所示为普通小功率晶体管9013，引脚从左向右依次为发射极（e）、基极（b）和集电极（c）。

图1-32所示为中功率晶体管TIP41，引脚从左向右依次为基极（b）、集电极（c）和发射极（e）。

图1-33所示为大功率金属外壳晶体管，其外壳为集电极（c），另外两个引脚分别为发射极（e）和基极（b）。

图1-31 小功率晶体管的三极

图1-32 中功率晶体管的三极

图1-33 大功率金属晶体管的三极

图1-34所示为金属外壳晶体管，依次为发射极（e）、基极（b）和集电极（c）。

图1-35所示为贴片小功率晶体管8550，引脚单独一边的为集电极（c），另一边的两个分别基极（b）和发射极（e）。

图1-34 金属外壳晶体管的三极

图1-35 贴片晶体管的三极

有些晶体管引脚不符合上述引脚规则，可以使用数字万用表测晶体管是NPN管还是PNP管，还可以确定晶体管的3个引脚的极性，其步骤如下。

1）将数字万用表旋钮拨至二极管挡，如图1-36所示。

2）将晶体管平放，红表笔接中间的引脚，黑表笔接左边的引脚，如图1-37所示，如果有读数，则红表笔所接端为P端，黑表笔所接端为N端；若没有读数，则将红黑表笔反接再测一次。如果两次都没有示数，则晶体管可能损坏。

图1-36 将旋钮拨至二极管挡

图1-37 用万用表测晶体管好坏

3）接着将红表笔接触晶体管中间的引脚，黑表笔接触晶体管右边的引脚。如果有读数，则红表笔端为P端，黑表笔为N端；若没有读数，则将红黑表笔反过来再测一次。如果两次都没有示数，则晶体管可能损坏。如图1-38可以看出，中间的为P，右边的为N。结合前面的测量可知，这是一个NPN型的晶体管。

4）将万用表旋钮拨至hFE挡，如图1-39所示。

图1-38 用万用表测晶体管型号

图1-39 将旋钮拨至hFE挡位

5）万用表显示屏右下角有一个插晶体管的两排小孔，其上边和下边分别标示为EBCE，其左边标示为NPN和PNP。将晶体管插入下面PNP的一排小孔中，改变3个引脚插入孔的位置，发现读数都为0，如图1-40所示。

6）将晶体管改插在如图1-41所示的NPN的一排小孔中，并改变3个引脚插入不同的孔，发现一个读数为3325，一个读数为180。读数为180且将晶体管插在NPN口处，则该晶体管是NPN管，并且确定晶体管的3个引脚分别为ebc，读数180为晶体管的放大倍数。

5.集成元器件的识别与检测

前面介绍的电阻、电容、二极管和晶体管都是分立元器件，而集成电路是利用半导体技术或薄膜技术将半导体器件和阻容元件高度集中集成在一块小面积芯片上封装而成。集成电路具有体积小、重量轻、性能好、可靠性高等优点。集成电路的类型很多，按工作性能不同，可以分为数字集成电路和模拟集成电路。本书介绍的STC89C52RC单片机就是一块集成元器件，本书用到的其他一些集成元器件，将在后面应用中详细讲解。

图1-40 将晶体管插入PNP孔位中

图1-41 将晶体管插入NPN孔位中

集成电路的外形结构有一定规定，它的引脚排序也有一定的规定，因此要正确认识它们的外形和引脚排序。集成电路的外形结构有单列直插式、双列直插式、扁平封装和金属圆壳封装等，常见的集成元器件的封装如图1-42所示。集成元件的引脚排列序号的一般规律是：集成电路的引脚朝下，以缺口或识别标志为准，引脚序号按逆时针方向排列1、2、3、4等。

图1-42 常见集成元器件的封装

1.2.2 常见仪器仪表的使用方法

学习单片机，一些常见的仪器仪表要会使用，如数字万用表、信号发生器、直流稳压电源、示波器等。

1.数字万用表

学习单片机的过程中经常要用到数字万用表，它是目前常用一种数字仪表，其主要特点是正确度高、分辨率强、测试功能完善、显示直观，便于携带。它一般包含安培计、电压表、欧姆计等功能，可以对电压、电流和电阻等进行测量。图1-43所示为型号为VC890D的数字万用表。

图1-43 VC890D数字万用表

1）用数字万用表测电压：将旋钮拨至直流电压挡或者交流电压挡的合适量程，将红表笔插入“VΩ”孔，黑表笔插入“COM”孔，并将两只表笔与被测线路并联，读数即可。

2）用数字万用表测电流：将旋钮拨至直流电流挡或者交流电流挡的合适量程，将红表笔插入“mA”孔或“10A”孔，黑表笔插入COM孔，并将两表笔串联到被测电路中，读数即可。

3）用数字万用表测电阻：将旋钮拨至电阻挡的合适量程，将红表笔插入“VΩ”孔，黑表笔插入“COM”孔，并将两只表笔与被测电阻并联，读数即可。

4）用数字万用表测电路通断：将旋钮拨至蜂鸣挡，将红表笔插入“VΩ”孔，黑表笔插入“COM”孔，并将两只表笔测试电路任意两点，当电路导通时，蜂鸣器响且指示灯亮；电路不通，则蜂鸣器不响。

5）用数字万用表测二极管：将旋钮拨至二极管挡，将红表笔插入“VΩ”孔，黑表笔插入“COM”孔，并将两只表笔与被测二极管并联，当红表笔接二极管的阳极，黑表笔接二极管阴极，二极管导通，显示屏显示导通电压值大小，如果是发光二极管还会被点亮。如果将红黑表笔反接，则显示屏显示满溢标志“1”。

万用表在使用的过程中要注意以下几点：

1）测量电流和电压、电阻时，红表笔会插在不同的插孔中，所以测量之前一定检查红表笔的位置是否正确。

2）使用过程中，手不要触摸表笔的金属部分，一方面可以保证测量的准确，另一方面保证人身安全。

3）不能在测量的过程中换挡，尤其在测量高电压或大电流时，正确的用法是先断开表笔，换挡后再去测量。

4）测量前估计下测量数值，如不能估计，则从最大档位开始，依次减低挡位测量。

5）使用完毕，将旋钮拨至关闭挡，避免电池电量耗尽。

2.信号发生器

SP-F10型数字合成函数信号发生器/计数器是一台精密的测试仪器，具有输出函数信号、调频、移频键控（FSK）、相移键控（PSK）、猝发、频率扫描等功能，此外，它还具有测频和计数功能。SP-F10型数字合成函数信号发生器/计数器如图1-44所示。

图1-44 SP-F10型数字合成函数信号发生器/计数器

图1-45所示为SP-F10型数字合成函数信号发生器/计数器面板图，面板上方是显示屏，进行波形和字符显示。右侧为一个调节旋钮，可以输入数据。面板下侧从左向右依次是电源按钮、功能按钮、数字按钮和信号发生器输出接口。面板上有24个按钮，将按钮按下，会有响声“嘀”提示音。大多数按钮是多功能键，每个按钮的基本功能用中文标在该按钮上，只须按下该按钮即可实现该功能。第二功能用蓝色符号或文字标在按钮的上方，实现按钮第二种功能，这时可先按下【shift】按钮再按下该按钮即可。还有一部分按钮还可以作单位键，其单位被标在这些按钮的下方。要实现按钮的单位功能，只要先按下相应数字键，再按下该按钮即可。

下面以输出频率为5kHz，幅度为5V的正弦波，讲解SP-F10型数字合成函数信号发生器/计数器的使用步骤。

图1-45 SP-F10型数字合成函数信号发生器/计数器面板图

1）按下面板上的电源按钮，显示屏显示当前波形“～”，频率为10.00000000kHz。

2）按下【shift】键后，再按下正弦波波形键。

3）按下【频率】键，显示当前频率值，这时可通过数据键或调解旋钮输入频率值，输入数据的按键顺序依次是：【频率】、【5】、【kHz】。

4）按下【幅度】键，显示当前幅度值，这时可通过数据键或调解旋钮输入幅度值，输入数据的按键顺序依次是：【幅度】、【5】、【Vpp】。

5）用导线连接面板上的函数输出接口，即可输出频率为5kHz，幅度为5V的正弦波。

图1-46 HH1713型双路直流稳压电源

3.直流稳压电源

学习单片机过程中，要经常用到直流稳压电源。HH1713型双路直流稳压电源具有步进换挡、电压连续可调的功能，并采用了高质量的磁电式表头指示输出，因此指示精度较高。图1-46所示为HH1713型双路直流稳压电源。

HH1713型双路直流稳压电源有两路输出，输出电压为0～30V（连续可调），输出流为0～2A。前置面板中央红色键为电源开关，最上方有两个指针表盘分别显示当前输出电压和电流。表盘下方为“电压表/电流表选择开关”，用于指示各路输出电压值/输出电流值。红色电源按钮左右两侧各一个电压选择旋钮，顺时针方向调节可使输出电压增大。“电压表/电流表”开关两侧各一个电压微调旋钮。最下方是电压输出接线柱，接线柱上方有“+”“-”字样，“+”表示电源正端，“-”表示电源负端。

使用HH1713型双路直流稳压电源需要注意的事项如下：

1）接通电源前，检查电源输入、输出端是否有短路现象。

2）将面板各旋钮、步进选择开关调到最小值。

3）开启电源开关，即有可调电压输出。如果开启电压后，表头无指示，用万用表检测是否有输出，如各挡均无输出，应停机检查。在使用过程中，出现无输出时，应先检查外接电路是否过载或短路。排除故障，若仍无输出，应停机检查。

4.示波器

RIGOLDS100系列示波器不仅具有多重波形显示、分析和数学运算功能，还具有波形设置和位图文件存储、自动光标跟踪式测量、波形录制和回放功能等，并且支持即插即用USB接口的存储设备和打印机，可通过USB接口的存储设备进行软件升级等。图1-47所示为DS1102C型数字示波器的前置面板图。

图1-47 DS1102C型数字示波器面板图

示波器的前面板按功能可分为8大区，即液晶显示区、功能菜单操作区、常用功能菜单区、执行按键区、垂直控制区、水平控制区、触发控制区、信号输入/输出区。

1）功能菜单操作区。有5个操作按键、1个菜单按钮和1个多功能旋钮。5个按键用于操作屏幕右侧的功能菜单及子菜单，多功能旋钮用于选择和确认功能菜单中下拉菜单的选项等，菜单按钮用于取消屏幕上显示的功能菜单。

2）常用功能菜单区。有6个按钮，分别是测量、获取、存储、光标、显示、应用等辅助测量功能。当按下任一按键，屏幕右侧会出现相应的功能菜单，通过功能菜单操作区的5个按键可选定菜单的选项。

3）执行按键区。有自动设置和运行/停止两个按键。按下自动按键时，示波器将根据输入的信号，自动设置和调整垂直、水平及触发方式，使波形显示达到最佳观察状态。当按下运行/停止键时，波形进行采样，按键为黄色；当再次按下此按键，停止波形采样，并且按键变为红色。

4）垂直控制区。从上至下分别为：垂直位置旋钮（ POSITION）、关闭通道键（OFF）、垂直衰减旋钮（ SCALE）。 POSITION用以设置所选通道波形的垂直显示位置，转动该旋钮波形会上下移动，且所选通道的“地”标志也会随波形上下移动；按下该旋钮，垂直显示位置被快速恢复到零点。 SCALE，可调整所选通道波形的显示幅度。CH1键、CH2键、MATH键、REF键为通道或方式选择按键，按下该键屏幕将显示其功能菜单、标志、波形和挡位状态等信息。OFF键用于关闭当前选择的通道。

5）水平控制区。从上至下分别为：水平位置旋钮（ POSITION）、水平功能菜单按钮（MENU）、水平衰减旋钮（ SCALE）。 POSITION旋钮用于调整信号波形在显示屏上的水平位置，转动该旋钮不但波形随旋钮水平移动，且触发位移标志“T”也在显示屏上部随之移动，移动值则显示在屏幕左下角，按下此按钮触发位移恢复到水平零点处。 SCALE用于改变水平时基挡位置，按下该旋钮可快速打开/关闭延迟扫描功能。MENU用于显示开启/关闭延迟扫描，切换Y（电压）—T（时间）、X（电压）—Y（电压）和设置水平触发位移复位等。

6）触发控制区。从上至下分别为：触发电平设置旋钮（ LEVEL）、MENU键、50%键、FORCE键。转动触发电平设置旋钮，屏幕上会出现一条上下移动的水平黑色触发线及触发标志，且左下角和状态栏最右端触发电平的数字也随之改变；按下触发电平设置旋钮，触发电平快速恢复到零点。按下MENU键，可调出触发功能菜单，改变触发设置。%50键用于设定触发电平在触发信号幅值的垂直中点。按FFORCE键，可强制产生一触发信号，主要用于触发方式中的“普通”和“单次”模式。

7）信号输入/输出区。“CH1”和“CH2”为信号输入通道，“EXT TREIG”为外触发信号输入端，其右侧为示波器校正信号输出端，输出频率1kHz、幅值3V的方波信号。

DS1102C数字示波器的显示界面如图1-48所示，主要包括波形显示区和状态显示区。液晶显示屏边框线以内为波形显示区，用于显示信号波形、测量数据、水平位移、垂直位移、触发电平值等。位移值和触发电平值在转动旋钮时显示，停止转动5s后则消失。显示屏边框线以外为上、下、左3个状态显示区。下状态栏通道标志为黑底的是当前选定通道，操作示波器面板上的按键或旋钮只有对当前选定通道有效，按下通道按键则可选定通道。状态显示区显示的标志位置及数字随面板相应按键或旋钮的操作而变化。

图1-48 DS1102C数字示波器显示界面

下面以测量电路中一未知信号，并显示该信号的频率和峰峰值为例，介绍数字示波器的使用步骤。

1）将探头上的开关设定为“10X”，将探头连接器上的插槽对准“CH1”插口并插入，然后向右旋转拧紧。

2）打开数字示波器电源，按下CH1键，显示通道1的功能菜单，并按下与“探头”平行的3号功能菜单键，转动多功能旋钮选择衰减系数为“10X”。

3）将探头端部和接地夹接到示波器校正信号输出端。按AUTO键，在波形显示区即可看到示波器校正信号的波形。1）～3）完成示波器的校正。

4）将探头连接到电路被测点。

5）按AUTO键，示波器将自动设置使波形达到最佳显示效果。

6）按MEASURE键，显示自动测量功能菜单。用1号功能菜单键选择信源CH1，用2号功能菜单键选择测量类型为电压测量，旋转多功能旋钮且在下拉菜单中选择峰峰值，并按下多功能旋钮，此时屏幕下方显示出被测信号的峰峰值。

7）按3号功能菜单键，选择测量类型为时间测量，旋转多功能旋钮：在时间测量下拉菜单中选择频率，并按下多功能旋钮，此时屏幕下方会显示被测信号的频率。

1.2.3 焊接单片机最小系统

焊接单片机最小系统基本步骤如下所述。

1.准备元器件及工具

焊接单片机最小系统需要的元器件清单如表1-18所示，其实物如图1-49所示。

表1-18 单片机最小系统元器件

焊接单片机最小系统需要的焊接工具及测试工具如表1-19列，其实物图如图1-50所示。

图1-49 单片机最小系统元器件

图1-50 单片机最小系统焊接及测试工具

表1-19 焊接工具及测试工具

2.检测元器件

焊接前元器件的检测目的在于：

1）确定元器件是否能正常使用。

2）确定元器件参数是否与电路图匹配。

3）确定元器件引脚定义，避免焊接错误。

检测对象及检测方法详见表1-20。

表1-20 检测对象及检测方法

（续）

3.元器件布局

焊接前首先对元器件进行整形和布局，因为使用的万用板尺寸为5×7，面积很小。元器件整形要求如下：

●元器件在插装之前，必须对元器件的可焊接性进行处理，若可焊性差，要先对元器件引脚镀锡。

●元器件引脚整形后，其引脚间距要求与印制电路板对应的焊盘孔间距一致。

●元器件引脚加工的形状应有利于元器件焊接时的散热和焊接后的机械强度。

●元器件引脚均不得从根部弯曲，一般应预留1.5mm以上。

●单片机最小控制系统中需要整形的元器件有电阻、USB插座。用镊子或尖嘴钳夹住电阻引脚的根部，将其引脚弯曲。将USB插座固定引脚用尖嘴钳夹掉。

元器件在万用板上插装的工艺要求如下：

●元器件的插装应根据万用板的大小和电路图确定，根据电路图，单片机的左侧有复位电路、晶振电路，右侧P0端口连接一个排阻。因此，插装时单片机锁紧座的位置应在万用板的中间靠右。电路中单片机的40号引脚、复位电路、单片机的31号引脚都要接+5V电源，因此，插装时单片机锁紧座的位置不要与万用板的最上沿平齐。

●单片机最小系统中单片机没有被直接焊接在电路板上，而是被直接焊接在单片机锁紧座上。为了将单片机的引脚引出，在锁紧座两侧平行焊接两个20脚的插针。排阻插装置于单片机P0端口与插针之间。复位电路和晶振电路尽量靠近单片机锁紧座。

●元器件插装后，其标识应向着易于认读的方向，并尽可能从左到右的顺序读出。

●有极性的元器件应严格按照图纸上的要求安装，不能错装。

●元器件的安装高度应符合规定的要求，同一规格的元器件应尽量安装在同一高度上。

●元器件在万用板上的插装应分布均匀，排列整齐美观。图1-51所示为插装完毕的单片机最小系统。

图1-51 布局后的单片机最小系统

4.焊接电路

现在开始焊接单片机最小系统，其步骤如下：

1）焊接单片机锁紧座。将加热后的焊烙铁的烙铁头与万用板成45°角，电烙铁头顶住焊盘和元器件引脚，然后给元器件引脚和焊盘均匀预热。另一只手握住焊锡丝，焊锡丝应靠在元器件引脚与烙铁头之间。当焊锡丝熔化使焊锡散满整个焊盘时，即可45°角方向拿开焊锡丝。焊锡丝拿开后，烙铁继续放在焊点上持续1～2s，当焊锡只有轻微烟雾冒出时，即可拿开烙铁。拿开烙铁时，不要过于迅速或用力往上挑，以免溅落锡珠、锡点、使焊锡点拉尖等，同时要保证被焊元器件在焊锡凝固之前不要移动或受到震动，否则容易造成焊点结构疏松、虚焊等现象。紧接着用同样的方法，焊接剩下的引脚，焊接如图1-52所示。

2）焊接排阻如图1-53所示。9脚单列直插排阻的第一脚（有个白点）是公共脚，接电源，其他8个引脚分别接P0端口。

图1-52 焊接单片机锁紧座

图1-53 焊接排阻

3）焊接两根插针，如图1-54所示。插针的作用是将单片机的引脚引出，左边插针与单片机锁紧座针脚对齐，右边的插针与排阻对齐。在万用板上电路中的导线用焊锡走线代替，焊锡线不能过粗也不能过细，用焊锡线将单片机锁紧座和排针连起来。

4）焊接时钟电路，如图1-55所示。晶振不直接焊接在万用板上，先焊接3针的插座，再焊接两个瓷片电容，注意不要将电容短路。

图1-54 焊接单片机锁紧座与插针导线

图1-55 焊接时钟电路

5）焊接复位电路，如图1-56所示。电解电容有极性之分，负极连接单片机的9号引脚，正极连接+5V电源。常开开关有4个引脚，只需要两个引脚接入电路中，焊接之前使用万用表确定接入电路的两个引脚是否短路。

6）焊接电源电路，如图1-57所示。单片机最小系统的电源供给有多种方式，为了以后学习方便，本书此处采用USB提供+5V电源。自锁开关控制电源的开与关，红色发光二极管为电源指示灯。

图1-56 焊接复位电路

图1-57 焊接电源电路

7）单片机最小系统电路中，单片机40号引脚、复位电路的电解电容正极、单片机31号引脚都需要接到+5V电源，单片机的20号引脚、复位电路的电阻一端、时钟电路的瓷片电容一端都需要接地。因此，焊接的最后一步是将电路中所有的需要接+5V电源的，所有需要接地的用焊锡丝连接在一起，如图1-58所示。

图1-58 焊接V_CC和地

5.修正电路

元器件焊接完毕，让电路板自然冷却，接下来及时清洁线路板，清除板上残余焊锡渣。使用斜口钳剪去元器件多余的引脚，斜口钳不要紧贴线路板，以防把焊点剪坏。发现有错焊、虚焊、脱焊、漏焊等现象，要及时更正。

1.2.4 单片机最小系统的电路检测

单片机最小系统焊接完毕，使用之前，要对电路进行如下检测：

1）焊接完毕，将数字万用表置于蜂鸣挡，根据电路图检测电路是否有短路和断路。

2）插入晶振、单片机，打开电源开关，观察电源指示灯是否被点亮。

3）用万用表电压挡检测单片机是否有电压输入。

4）用示波器检测晶振是否起振。

项目小结

通过项目1的理论学习和动手实践，首先应掌握51单片机，特别是STC89C52RC单片机的内部结构、存储结构、最小系统等知识点。这些知识点在后续学习单片机中，无论是搭建外围电路还是根据实际应用编写程序都是理论基础。其次通过单片机最小系统的设计与制作的学习，可以掌握常用电子元器件的识别与检测，常用仪器仪表的使用方法，以及单片机最小系统的焊接和检测电路的能力。

习题与制作

一、填空题

1.51系列单片机为____位单片机。

2.51单片机RST引脚上保持____个机器周期以上的高电平时，单片机即发生复位。

3.当单片机CPU响应中断后，程序将自动转移到该中断源所对应的入口地址处，并从该地址开始执行程序，通常在该地址处存放转移指令以便转移到中断服务程序。其中外部中断INT0的入口地址为____，定时器T0入口地址为____，外部中断INT1的入口地址为____，定时器T1入口地址为____，串行口的中断入口地址为____。

4.在CPU内部，反映程序运行状态或反映运算结果的特殊功能寄存器是____。

5.若由程序设定RS1、RS0均为01，则工作寄存器R0～R7的直接地址为____。

6.51单片机的堆栈区一般位于____。

7.内部RAM低128个单元划分为____、____和____3个区。

8. 脚的功能是，单片机使用内部程序存储器时，该引脚应该____。

9.单片机最小控制系统除了包括单片机外，还应包括____电路、____电路、____电路和____电路。

10.P0端口作输出端口时，P0的输出驱动级为漏极开路电路，输出极无上拉电阻，接拉电流负载时，需要____，接灌电流负载时，可以____。

二、选择题

1.单片机的XTAL1和XTAL2引脚是（ ）引脚。

A 外接定时器 B 外接串行口 C 外接中断 D 外接晶振

2.51单片机芯片双列直插式封装的，有（ ）个引脚。

A 24 B 30 C 40 D 50

3.51单片机的（ ）口的引脚，还具有外中断、串行通信等第二功能。

A P0 B P1 C P2 D P3

4.单片机应用程序一般存放在（ ）。

A RAM B ROM C 寄存器 D CPU

5.以下不是构成单片机的部件（ ）。

A 微处理器 B 存储器 C I/O接口 D 打印机

6.ALU表示（ ）。

A 累加器 B 程序状态字寄存器

C 计数器 D 算术逻辑部件

7.51单片机的V_SS（20）引脚是（ ）引脚。

A 主电源+5V B 接地 C 备用电源 D 访问外部存储器

8.51单片机的程序计数器PC为16位计数器，其寻址范围是（ ）。

A 8K B 16K C 32K D 64K

9.单片机的ALE引脚是以晶振振荡频率的（ ）固定频率输出正脉冲，因此它可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。

A 1/2 B 1/4 C 1/6 D 1/2

10.51单片机PSW寄存器中的RS1和RS0用来（ ）。

A 选择工作寄存器组 B 指示复位

C 选择定时器 D 选择工作方式

11.以下不是构成控制器的部件是（ ）。

A 存储器 B 指令寄存器

C 指令译码器 D 程序计数器

12.外部扩展存储器时，分时复用做数据线和低8位地址线的是（ ）。

A P0 B P1 C P2 D P3

三、问答题

1.什么是单片机？

2.单片机主要应用领域在哪些方面？

3.控制器的组成及作用是什么？

4. 引脚有何功能？

5.STC89C52RC的内部128B的数据RAM区分为哪几个性质和用途不同的区域？

6.PC是什么寄存器？是否属于特殊功能寄存器？它有什么作用？

7.DPTR是什么寄存器？它由哪些特殊功能寄存器组成？它的主要作用是什么？

8.单片机P0端口为什么要外接一个排阻？

四、制作题

准备制作单片机最小系统所需元器件，焊接单片机最小系统。