第1章 单片机系统的初步认识

1.1 单片机系统的整体印象

所谓单片机系统，顾名思义，就是应用单片机作为核心，外围增设一些辅助电路，能够完成一定功能的系统。早些时候曾提出单片机最小系统的概念，这是指由单片机作为系统的核心，能够完成程序的存储和数据的存储，除单片机本身需要的复位电路和系统时钟振荡电路外，通常还需要在单片机片外扩展程序存储器和数据存储器，这个系统并不能完成具体的功能，所以称为最小系统。但是随着电子技术的不断发展，在单片机的内部已经集成有较大容量的程序存储器和数据存储器，单片机最小系统只是由单片机、复位电路和系统时钟振荡电路组成，已经不能构成真正的系统，所以单片机最小系统的概念被逐渐地淡化。

正如前面所说，单片机系统中不仅要有单片机作为核心，还要有一些外围的器件和电路作为支持，才能完成一定的功能。下面通过几个实际的例子来了解一下究竟什么才算是单片机系统。

如图1.1所示为简单的单片机系统原理图，该系统由单片机、电源电路、复位电路、晶振电路、键盘/显示驱动电路、数码管显示器和键盘组成。虽然该电路简单却可以实现很多功能，例如可以应用数码管显示完成计时器功能、倒计时功能、时钟显示等；应用键盘可以实现用户指令的输入，与数码管显示器配合还可以实现计时器的启动、停止和清零功能，等等。

由图1.1可以看出，如果单片机系统只是由单片机、电源电路、复位电路、晶振电路组成，并不能完成任何功能，即便可以向单片机内编写程序，但单片机开始执行程序后，使用者并不知道单片机正在执行的是什么程序，甚至都不知道单片机是否正常运行，这时的单片机系统没有任何意义。

所以，要使用单片机并组成单片机系统，就必须让单片机完成一定的功能，这些功能包括键盘功能、显示功能、开关量输入功能、开关量输出功能、模拟量输入功能、模拟量输出功能、通信功能、扩展功能等，这些内容将在后面的各章中详细介绍。但需要注意的是：单片机系统并不一定要具有上述的全部功能，而是要根据要求或需要完成的任务选择相应的功能。

一个实际的单片机系统由硬件电路和软件程序组成。

图1.1 简单的单片机系统原理图

在刚刚接触单片机时，有一个问题一直在困惑着学习者：软件程序是什么？所谓的软件程序是根据设计者的要求编写出来的一系列指令，它是存放在单片机内部的，当单片机接通电源开始工作时，单片机就会按照要求逐条的执行指令，完成设计者需要完成的功能。单片机执行程序的过程是一个看不见的过程，但可以通过输出的信号来判断单片机执行程序的情况。软件程序通常在PC上通过专用的软件进行编写，然后转换成单片机能识别的指令代码，利用专门的工具将程序放到单片机内，这样单片机才能够执行这些指令代码。

硬件电路是能够看得见、摸得着的具体实物，如图1.2所示。

图1.2 单片机系统硬件实物图

硬件电路由电路板和电子元器件组成，其中电路板需要使用Protel或其他版本的软件先绘制出电路原理图，如图1.3所示。

绘制好电路原理图后，将其转换成印制电路板图，如图1.4所示。

印制电路板做好后，就可以按照电路原理图将电子元器件焊接在电路板上，焊接完成后就可以看到如图1.2所示的单片机系统了。这个过程看上去很简单，但在实际操作过程中十分烦琐，在本书中将引导读者逐步完成单片机系统的设计与制作。

单片机系统中硬件电路与软件程序是密不可分的，二者必须进行有机的结合，才能使单片机系统发挥最大的作用。具体的软件编写会在各章中详细介绍。

图1.3 单片机系统原理图

图1.4 单片机系统印制电路板图（与实际尺寸有差异）