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第第01章基础知识章基础知识(1)本讲稿第一页，共四十页1.2 单片机及其特点单片机及其特点1.2.1 单片机的基本概念单片机的基本概念 单片机属于微型计算机的一种，是把微型计算机中的微处理器、存储器、单片机属于微型计算机的一种，是把微型计算机中的微处理器、存储器、I/O接口、定时器接口、定时器/计数器、串行接口、中断系统等电路集成在一块集成电路芯计数器、串行接口、中断系统等电路集成在一块集成电路芯片上形成的微型计算机。因而被称为片上形成的微型计算机。因而被称为单片微型计算机单片微型计算机，简称为单片机。，简称为单片机。单片机按照用途可分为通用型和专用型两大类。单片机按照用途可分为通用型和专用型两大类。在单片机使用上注意以下几个相互有相同点也有区别的概念在单片机使用上注意以下几个相互有相同点也有区别的概念“（1）单板机：）单板机：早期将早期将CPU、内存、磁盘控制器和串行、内存、磁盘控制器和串行/并行端口等功能电并行端口等功能电路板插入一个底板内，构成的微型计算机。路板插入一个底板内，构成的微型计算机。（2）单片机）单片机（3）多板机：）多板机：本讲稿第二页，共四十页1.2.2 单片机的主要特点单片机的主要特点（1）在存储器结构上，单片机的存储器采用哈佛（在存储器结构上，单片机的存储器采用哈佛（Harvard）结构。）结构。ROM和和RAM是严格分开的是严格分开的。ROM称为程序存储器，只存放程序、固定称为程序存储器，只存放程序、固定常数和数据表格。常数和数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及存放数据。则为数据存储器，用作工作区及存放数据。（2）在芯片引脚上，大部份采用分时复用技术。）在芯片引脚上，大部份采用分时复用技术。（3）在内部资源访问上，通过用特殊功能寄存器（在内部资源访问上，通过用特殊功能寄存器（SFR）的形式。）的形式。（4）在指令系统上，采用面向控制的指令系统。）在指令系统上，采用面向控制的指令系统。（5）内部一般都集成一个全双工的串行接口。）内部一般都集成一个全双工的串行接口。（6）单片机有很强的外部扩展能力。）单片机有很强的外部扩展能力。本讲稿第三页，共四十页1.3 单片机发展及其主要品种单片机发展及其主要品种 1.3.1 4位单片机位单片机1.3.2 8位单片机位单片机1.3.3 16位单片机位单片机1.3.4 32位单片机位单片机 在在1978年以前各厂家生产的年以前各厂家生产的8位单片机，由于集成度的限制，一般都没有串行接口，只提供位单片机，由于集成度的限制，一般都没有串行接口，只提供小范围的寻址空间（小于小范围的寻址空间（小于8KB），性能相对较低，称为低档），性能相对较低，称为低档8位单片机。位单片机。在在1978年以后，集成电路水平提高，出现了一些高性能的年以后，集成电路水平提高，出现了一些高性能的8位单片机，它们的寻址能位单片机，它们的寻址能力达到了力达到了64KB，片内集成了，片内集成了4-8KB的的ROM，片内除了带并行，片内除了带并行I/O口外，还有串行口外，还有串行I/O接口，接口，甚至有些还集成甚至有些还集成A/D转换器。这类单片机称为高档转换器。这类单片机称为高档8位单片机。位单片机。本讲稿第四页，共四十页1.4 单片机的应用单片机的应用 1.4.1 单机应用单机应用（1）工业自动化控制。）工业自动化控制。（2）智能仪器仪表。）智能仪器仪表。（3）计算机外部设备和智能接口）计算机外部设备和智能接口（4）家用电器。）家用电器。1.4.2 多机应用：多机应用：主要应用于大型自动控制系统主要应用于大型自动控制系统1.4.3 单片机的等级单片机的等级（1）民用级或商用级。温度适应能力在）民用级或商用级。温度适应能力在0 C70 C，适用于机房和一般的办公环境。，适用于机房和一般的办公环境。（2）工业级。温度适应能力在）工业级。温度适应能力在-40 C85 C，适用于工厂和工业控制中，对环境的，适用于工厂和工业控制中，对环境的适应能力较强。适应能力较强。（3）军用级。温度适应能力在）军用级。温度适应能力在-65 C125 C，运用于环境条件苛刻，温度变化很大的，运用于环境条件苛刻，温度变化很大的野外。主要用在军事上。野外。主要用在军事上。本讲稿第五页，共四十页图 1.3单片机选型市场调查本讲稿第六页，共四十页单片机系列单片机系列 本讲稿第七页，共四十页本讲稿第八页，共四十页本讲稿第九页，共四十页本讲稿第十页，共四十页本讲稿第十一页，共四十页STChttp:/www.mcu- 本讲稿第十二页，共四十页1.5 单片机系统开发环境简介单片机系统开发环境简介Keil C51集成环境（详见教材最后一章）集成环境（详见教材最后一章）u要求熟练使用该环境要求熟练使用该环境Protel工具简介工具简介要求要求了解电路板绘制和制作的基本步骤了解电路板绘制和制作的基本步骤了解并掌握原理图阅读与分析了解并掌握原理图阅读与分析了解了解PCB图的基本知识，能够阅读并分析图的基本知识，能够阅读并分析PCB图图本讲稿第十三页，共四十页PCB板简介板简介无论我们打开哪种电器设备，无论我们打开哪种电器设备，都会看到形形色色的电路板都会看到形形色色的电路板也称也称PCB板板本讲稿第十四页，共四十页PCB（PrintedCircuitBoard）中文名称为印制电路板，又称中文名称为印制电路板，又称印刷电路板印刷电路板、印、印刷线路板刷线路板是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷印刷”电路板。电路板。本讲稿第十五页，共四十页在印制电路板出现之前，电子元器件之间的互在印制电路板出现之前，电子元器件之间的互连都是依靠电线直接连接实现的（见下页）。连都是依靠电线直接连接实现的（见下页）。而现在，电路面板只是作为有效的实验工具而而现在，电路面板只是作为有效的实验工具而存在；印刷电路板在电子工业中已经占据了绝存在；印刷电路板在电子工业中已经占据了绝对统治的地位。对统治的地位。本讲稿第十六页，共四十页与下一页比较本讲稿第十七页，共四十页本讲稿第十八页，共四十页PCB制作过程制作过程原理图原理图PCB图图利用利用Protel软件完成软件完成PCB加工工厂加工工厂本讲稿第十九页，共四十页ProtelProtel是什么，为什么学习它？是什么，为什么学习它？许多公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写许多公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用着要求会使用PROTEL。Protel是是PORTEL公司在公司在80年代末推出的年代末推出的EDA软件，在电软件，在电子行业的子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前软件的前面，是电子设计者的首选软件。面，是电子设计者的首选软件。它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它。子公司都要用到它。本讲稿第二十页，共四十页成于大气成于大气 信达天下信达天下Protel 99Protel 99的文件类型的文件类型文档扩展名文档扩展名类型说明类型说明.bk*自动备份文件自动备份文件.ddb设计数据库文件设计数据库文件.lib元件库文件元件库文件.net网络表文件网络表文件.pcb印制电路板文件印制电路板文件.pld可编程逻辑器件描述文件可编程逻辑器件描述文件.prj项目文件项目文件.rep报告文件报告文件.sch原理图文件原理图文件.txt文本文件文本文件本讲稿第二十一页，共四十页电路板设计的基本步骤电路板设计的基本步骤1原理图的原理图的设计设计2产生网络产生网络表表3印制电路印制电路板板（PCB）的设计的设计本讲稿第二十二页，共四十页本讲稿第二十三页，共四十页绘制原理图过程简介绘制原理图过程简介u找元件（定义属性）找元件（定义属性）u布局：元器件的安放布局：元器件的安放u连线：将有电气连接关系的引脚连接到一起连线：将有电气连接关系的引脚连接到一起u放置网络标号等：若两个引脚具有相同的网络标号，表明其放置网络标号等：若两个引脚具有相同的网络标号，表明其相连。相连。原理图简介原理图简介本讲稿第二十四页，共四十页电路原理图电路原理图电路原理图的定义电路原理图的定义:通过通过电路元件符号电路元件符号绘制的绘制的电子元件连线走向图电子元件连线走向图，它，它详细的详细的描绘了各个元件的连线和走向描绘了各个元件的连线和走向，各个引脚的，各个引脚的说明，和一些检测数据。说明，和一些检测数据。功能：功能：由于它直接体现了电子电路的结构和工作原由于它直接体现了电子电路的结构和工作原理，所以一般用在设计、分析电路中。分析电路时，理，所以一般用在设计、分析电路中。分析电路时，通过识别图纸上所画的各种电路元件符号，以及它通过识别图纸上所画的各种电路元件符号，以及它们之间的连接方式，就可以了解电路的实际工作时们之间的连接方式，就可以了解电路的实际工作时是否正常，或有可能出现的问题或情况。是否正常，或有可能出现的问题或情况。本讲稿第二十五页，共四十页原理图符号的概念：原理图符号的概念：用符号表示元器件，常用用符号表示元器件，常用的元器件如电阻、电容、按键等有通用的符号。的元器件如电阻、电容、按键等有通用的符号。有意义的不是原理图符号的形状样式，而是它有意义的不是原理图符号的形状样式，而是它的引脚号与引脚功能的引脚号与引脚功能元器件引脚：元器件引脚：代表着实际元器件的电器分布关代表着实际元器件的电器分布关系，主要包含具有电气特性特点的示意图形、系，主要包含具有电气特性特点的示意图形、引脚名称和引脚序号引脚名称和引脚序号3个部分。元器件引脚的个部分。元器件引脚的名称通常用来标注引脚的电气功能，而元器件名称通常用来标注引脚的电气功能，而元器件引脚序号与与器件的焊盘序号对应，它是联系引脚序号与与器件的焊盘序号对应，它是联系原理图编辑器和原理图编辑器和PCB编辑器的桥梁。编辑器的桥梁。本讲稿第二十六页，共四十页51单片机单片机网络标号网络标号总总线线晶振晶振按键按键电阻电阻发光二极管发光二极管Usb接口接口电解电容电解电容电容电容引脚引脚电电源源符符号号地地本讲稿第二十七页，共四十页网络表网络表从电路原理图生成网络表从电路原理图生成网络表网络表包含两方面信息网络表包含两方面信息u元器件的封装：元器件的封装：元器件的形状、大小、引脚排列、焊盘形元器件的形状、大小、引脚排列、焊盘形状等状等u元器件之间的电气连接关系：元器件之间的电气连接关系：如一个元器件的某个引脚与如一个元器件的某个引脚与哪个元器件的哪个引脚具有电气连接关系哪个元器件的哪个引脚具有电气连接关系网络表需要被导入网络表需要被导入PCB图中，为图中，为PCB图的绘制提供图的绘制提供依据依据本讲稿第二十八页，共四十页PCB板简介板简介课上所使用的电路板是双面板（课上所使用的电路板是双面板（Double-Sided Boards）这种电路板的这种电路板的两面都有布线两面都有布线，不过要用上两面的导线，不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的“桥梁桥梁”叫做叫做导孔导孔（via）。导孔是在）。导孔是在PCB上，充满或上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相交错（可以绕到另一面），它更适合用在比单面板更复交错（可以绕到另一面），它更适合用在比单面板更复杂的电路上。杂的电路上。本讲稿第二十九页，共四十页PCB板简介板简介覆铜箔层压板覆铜箔层压板是制作印制电路板的是制作印制电路板的基板材料基板材料。它用作支撑各种元器件，并。它用作支撑各种元器件，并能实现它们之间的电气连接或电绝缘能实现它们之间的电气连接或电绝缘在电路板表面可以看到的在电路板表面可以看到的细小线路材料是铜箔细小线路材料是铜箔，这些线路被，这些线路被称作导线称作导线，并用来提供并用来提供PCBPCB上零件的电路连接。上零件的电路连接。通常通常PCBPCB的颜色都是绿色的颜色都是绿色或是棕色，这是或是棕色，这是阻焊漆阻焊漆（solder masksolder mask）的颜的颜色色。是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确。是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。的地方。在阻焊层上还会印刷上一层在阻焊层上还会印刷上一层丝印层，丝印层，通常在这上面会印上通常在这上面会印上白色的文字与符白色的文字与符号号，以标示出各零件在板子上的位置。，以标示出各零件在板子上的位置。为了将为了将零件零件固定在固定在PCBPCB上面，我们将它们的上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上接脚直接焊在布线上双层双层板中，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面这么一来板中，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面这么一来我们就需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面，所以我们就需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面，所以零件的接脚是焊在另一面上的因为如此，零件的接脚是焊在另一面上的因为如此，PCBPCB的正反面分别被称为的正反面分别被称为零件面零件面与与焊接面焊接面 本讲稿第三十页，共四十页PCB图图PCB图：图：是电路板的映射图纸，它详细描绘了电路是电路板的映射图纸，它详细描绘了电路板的走线，元件的位置等。板的走线，元件的位置等。可粗略的这样理解：可粗略的这样理解：PCB图绘制的是胶片，而图绘制的是胶片，而PCB板是根据胶片冲洗出的照片板是根据胶片冲洗出的照片元器件封装：元器件封装：指元器件焊接到电路板时所指示的外指元器件焊接到电路板时所指示的外观和焊点的位置。不同的元器件可共用同一个封装，观和焊点的位置。不同的元器件可共用同一个封装，同种元器件也可以有不同的封装同种元器件也可以有不同的封装本讲稿第三十一页，共四十页该紫色线为电路该紫色线为电路板边线板边线该黄色字为丝印层该黄色字为丝印层（电路板上为白色）（电路板上为白色）该蓝色线为焊接面上的该蓝色线为焊接面上的铜箔导线铜箔导线该红色线为零件面的铜该红色线为零件面的铜箔导线箔导线LED的封装的封装LED的一个引的一个引脚焊盘脚焊盘为了能够为了能够正、反面正、反面走线而设走线而设置的过孔置的过孔本讲稿第三十二页，共四十页PCB板上孔的分类板上孔的分类过孔：过孔：也称连接孔。过孔均为金属化孔，主要用也称连接孔。过孔均为金属化孔，主要用于不同层间的电气连接于不同层间的电气连接 过孔过孔本讲稿第三十三页，共四十页PCB板上孔的分类板上孔的分类焊盘：焊盘：焊盘是装焊元器件的地方，焊盘中心为元器件焊盘是装焊元器件的地方，焊盘中心为元器件的引脚插孔，其孔径应比所焊接的元器件引脚的直径的引脚插孔，其孔径应比所焊接的元器件引脚的直径略大一些，以便于插装元器件略大一些，以便于插装元器件 焊盘焊盘本讲稿第三十四页，共四十页PCB板上孔的分类板上孔的分类安装孔：安装孔：于大型元器件和印制板的固定于大型元器件和印制板的固定安装孔安装孔本讲稿第三十五页，共四十页正确的焊接步骤正确的焊接步骤本讲稿第三十六页，共四十页正确的焊接步骤正确的焊接步骤本讲稿第三十七页，共四十页错误的焊接错误的焊接问题：问题：焊锡没有流至焊锡没有流至引脚，只是堆在表面，引脚，只是堆在表面，构成虚焊，造成电路构成虚焊，造成电路不通的错误不通的错误解决：解决：重新加热，再重新加热，再次融化焊锡，使之充次融化焊锡，使之充满焊盘满焊盘本讲稿第三十八页，共四十页焊接几点说明焊接几点说明电烙铁使用：由于电烙铁久未使用，会造成电烙铁头不吃锡的电烙铁使用：由于电烙铁久未使用，会造成电烙铁头不吃锡的情况出现，此时可以用裁纸刀或砂纸打磨情况出现，此时可以用裁纸刀或砂纸打磨焊接时，焊接时间不要太长，免得把元件烫坏，但亦不要太短，焊接时，焊接时间不要太长，免得把元件烫坏，但亦不要太短，造成假焊或虚焊。焊接结束后，用镊子夹住被焊元件适当用力造成假焊或虚焊。焊接结束后，用镊子夹住被焊元件适当用力拉拨一下，检查元件是否被焊牢。如果发现有松动现象，必须拉拨一下，检查元件是否被焊牢。如果发现有松动现象，必须重新进行焊接。重新进行焊接。焊接时，要将烙铁头的刃口接触焊点与元件引线，使流动的焊焊接时，要将烙铁头的刃口接触焊点与元件引线，使流动的焊锡布满焊点并渗入被焊物的缝隙，锡布满焊点并渗入被焊物的缝隙，接触时间大约在接触时间大约在3-5秒左右，秒左右，然后拿开电烙铁。拿开电烙铁的时间，方向和速度，决定了焊然后拿开电烙铁。拿开电烙铁的时间，方向和速度，决定了焊接的质量与外观的正确的方法是，在将要离开焊点时，快速的接的质量与外观的正确的方法是，在将要离开焊点时，快速的将电烙铁往回带一下，后迅速离开焊点，这样焊出的焊点既光将电烙铁往回带一下，后迅速离开焊点，这样焊出的焊点既光亮，圆滑，又不出毛刺。亮，圆滑，又不出毛刺。若发现焊接错误若发现焊接错误，比如元器件放错位置等，比如元器件放错位置等，千万不要强行拔下千万不要强行拔下元器件（容易损坏焊盘，失去电气连接），不要急于拆卸，元器件（容易损坏焊盘，失去电气连接），不要急于拆卸，可可以找老师指点以找老师指点 本讲稿第三十九页，共四十页实验课要求实验课要求7:50准时到达实验室准时到达实验室A3-303，自己带好电路板和元器，自己带好电路板和元器件件如果元器件没有下发，不允许私自拿取，由教师统如果元器件没有下发，不允许私自拿取，由教师统一分配一分配有些元器件引脚有正负之分有些元器件引脚有正负之分，一定听清老师的要求，一定听清老师的要求按照老师指定的顺序依次焊接元器件，不求快，只按照老师指定的顺序依次焊接元器件，不求快，只求稳，焊接一个模块之后可以通过程序来测试一个求稳，焊接一个模块之后可以通过程序来测试一个模块模块要求理论课之前务必保证电路板模块全部通过要求理论课之前务必保证电路板模块全部通过本讲稿第四十页，共四十页