51单片机电路基础

一.电平特性

单片机是一种数字集成芯片，数字电路中只有两种电平:高电平和低电平。

• 高电平: 5V
• 低电平: 0V

TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制，5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”。

TTL电平规定高电平输出电压>2.4V，低电平输出电压<0.4V。

而计算机串口使用的是RS232电平，其高电平为-12V，低电平为+12V。

所以单片机与计算机串口通信时需要使用电平转化芯片，把RS232电平转化为TTL电平后单片机才能识别。

二.I/O口介绍

I/O口是基本输入Input/输出0utput接口。单片机对外围设备的控制都是通过1/0口来进行的(输出高低电平)， 接收外部控制也是通过I/O口来读取外部电压信号。

这里总共有40个引脚，其中有32个I/O口，其余引脚暂且不了解，分别是其中的P0~P7四组，每组共有0~7八个引脚，其中P3组的I/O口除此之外还有其他作用：

其中，定时程序和中断程序是重点，必须掌握。

三.电容和电阻

电阻（Resistance）和电容（Capacitance）是电路中两种常见的基本元件，它们在电路中有着不同的作用和应用。

电阻是指电路中对电流流动阻碍的一种元件，其单位为欧姆（Ω） 。电阻器是常用的电阻元件，它可以用来限制电流的大小或者分压电压。电阻器的阻值可以根据自己的需求通过串联或者并联多个电阻器实现。

而电容是指电路中具有储存电荷的一种元件，其单位为法拉（F）。电容器就是常见的电容元件，它可以用来分离直流信号和交流信号、滤波、抑制电磁干扰等。电容器的大小决定了它储存电荷的能力，其大小与电容器中的电场强度和电容器中的储存电荷量有关。

在电路中，电阻和电容经常被一起使用。例如，在一些滤波电路中，电容器可以与电阻并联使用，起到阻隔高频信号的作用；在呼吸灯电路中，电容器则可以与电阻串联使用，起到控制灯亮程度和闪动频率的作用。

主要是知道单片机中使用的电阻和电容：

这里我们主要了解电阻表示的方法：

• 金属膜电阻的色环编码中，第一、第二个色环代表数字，它们的颜色对应的数字如下：

  黑色：0 棕色：1 红色：2 橙色：3 黄色：4 绿色：5 蓝色：6 紫色：7 灰色：8 白色：9

  第三个色环则代表数量级，其颜色和相应数量级如下：

  黑色：×1 棕色：×10 红色：×100 橙色：×1,000 黄色：×10,000 绿色：×100,000 蓝色：×1,000,000 紫色：×10,000,000 灰色：×100,000,000 白色：×1,000,000,000

  第四个色环代表精度等级，其中银色表示精度为±10%，金色表示精度为±5%，而无色环或其他颜色的环则表示精度为±1%、±0.5%或者更高。

• 贴片电阻：一般有3位，其中前两位表示基值，后一位表示数量级，例如472表示47*10² =4700欧。

• 贴片排阻同理，例如106表示10*10⁶ 欧。

四.电路原理图

原理图，顾名思义就是表示电路板上各器件之间连接原理的图表。学习单片机和学硬件电路设计都是要通过分析电路原理图，了解各种电子器件的功能和工作原理，才能得心应手开展工作的。

五.单片机最小系统

单片机的最小电路是由单片机、晶体振荡器、两个电容和一个电源组成的。具体来说，最小电路包括以下几个部分：

1. 单片机：单片机是整个电路的核心，它负责控制整个系统的运行。
2. 晶体振荡器：晶体振荡器是单片机内部时钟信号的来源，它用于产生稳定的时钟信号，使单片机能够按照指定的时间间隔执行程序。
3. 复位电路：单片机上电时需要复位使程序从头开始运行。
4. 电源：电源提供单片机所需的电力，一般使用5V或3.3V DC电源。

需要注意的是，不同型号的单片机所需的电路可能会有所不同，因此在设计电路时应仔细查阅相应的芯片手册，以确定最小电路的具体组成。

六.单片机工作的基本时序

• 振荡周期：也称时钟周期，是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期
• 机器周期：一个机器周期包含12个时钟周期。在一个机器周期内，CPU可以完成一个独立的操作。

单片机的工作过程可以分为多个基本时序，包括：

1. 外部晶振或者时钟源产生时钟信号。这个时钟信号用来控制单片机内部各个部件的运行。
2. CPU取指令。当时钟信号上升沿到来时，CPU会从存储器中读取当前需要执行的指令，同时将PC（程序计数器）指向下一条指令的地址。
3. CPU执行指令。CPU会根据取出的指令进行操作，例如运算、转移、输入输出等。
4. 存储器读写。在程序执行过程中，可能需要从存储器（如RAM、ROM等）中读取数据或者将结果写入存储器中。
5. 输入输出操作。单片机需要与外部设备进行通信，例如读取传感器数据、控制电机等。

补充：

寄存器和锁存器都是数字电路中常用的存储元件，它们可以用来暂存数据、状态等信息。虽然它们都可以用于存储数据，但两者有一些区别。

寄存器（Register）是一种能够在时钟信号的作用下，以并行方式进行读写的存储元件，由多个触发器（Flip-Flop）组成。在同一个时钟周期内，寄存器可以同时读取多个输入数据，也可以同时输出多个数据，因此适合于需要高速读写的应用场景。（注：不同的寄存器有不同的处理能力）

锁存器（Latch）是一种能够在时钟信号的作用下，以串行方式进行读写的存储元件。锁存器只有一个输入和一个输出，而且在时钟信号有效期间，锁存器的输入被锁定，输出保持原值不变。当时钟信号失效时，锁存器的输出会更新为当前输入的值。锁存器适合于需要保持状态或者延迟信号的应用场景。

简单地讲，寄存器是一种允许并行读取和写入的存储元件，而锁存器是一种允许保持状态和延迟信号的存储元件。在数字电路设计中，需要根据具体需求选择合适的寄存器或锁存器。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-433488.html

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