第1章 單片機系統的初步認識

1.1 單片機系統的整體印象

所謂單片機系統，顧名思義，就是應用單片機作為核心，外圍增設一些輔助電路，能夠完成一定功能的系統。早些時候曾提出單片機最小系統的概念，這是指由單片機作為系統的核心，能夠完成程序的存儲和數據的存儲，除單片機本身需要的復位電路和系統時鐘振蕩電路外，通常還需要在單片機片外擴展程序存儲器和數據存儲器，這個系統并不能完成具體的功能，所以稱為最小系統。但是隨著電子技術的不斷發展，在單片機的內部已經集成有較大容量的程序存儲器和數據存儲器，單片機最小系統只是由單片機、復位電路和系統時鐘振蕩電路組成，已經不能構成真正的系統，所以單片機最小系統的概念被逐漸地淡化。

正如前面所說，單片機系統中不僅要有單片機作為核心，還要有一些外圍的器件和電路作為支持，才能完成一定的功能。下面通過幾個實際的例子來了解一下究竟什么才算是單片機系統。

如圖1.1所示為簡單的單片機系統原理圖，該系統由單片機、電源電路、復位電路、晶振電路、鍵盤/顯示驅動電路、數碼管顯示器和鍵盤組成。雖然該電路簡單卻可以實現很多功能，例如可以應用數碼管顯示完成計時器功能、倒計時功能、時鐘顯示等；應用鍵盤可以實現用戶指令的輸入，與數碼管顯示器配合還可以實現計時器的啟動、停止和清零功能，等等。

由圖1.1可以看出，如果單片機系統只是由單片機、電源電路、復位電路、晶振電路組成，并不能完成任何功能，即便可以向單片機內編寫程序，但單片機開始執行程序后，使用者并不知道單片機正在執行的是什么程序，甚至都不知道單片機是否正常運行，這時的單片機系統沒有任何意義。

所以，要使用單片機并組成單片機系統，就必須讓單片機完成一定的功能，這些功能包括鍵盤功能、顯示功能、開關量輸入功能、開關量輸出功能、模擬量輸入功能、模擬量輸出功能、通信功能、擴展功能等，這些內容將在后面的各章中詳細介紹。但需要注意的是：單片機系統并不一定要具有上述的全部功能，而是要根據要求或需要完成的任務選擇相應的功能。

一個實際的單片機系統由硬件電路和軟件程序組成。

在剛剛接觸單片機時，有一個問題一直在困惑著學習者：軟件程序是什么？所謂的軟件程序是根據設計者的要求編寫出來的一系列指令，它是存放在單片機內部的，當單片機接通電源開始工作時，單片機就會按照要求逐條的執行指令，完成設計者需要完成的功能。單片機執行程序的過程是一個看不見的過程，但可以通過輸出的信號來判斷單片機執行程序的情況。軟件程序通常在PC上通過專用的軟件進行編寫，然后轉換成單片機能識別的指令代碼，利用專門的工具將程序放到單片機內，這樣單片機才能夠執行這些指令代碼。

硬件電路是能夠看得見、摸得著的具體實物，如圖1.2所示。

硬件電路由電路板和電子元器件組成，其中電路板需要使用Protel或其他版本的軟件先繪制出電路原理圖，如圖1.3所示。

繪制好電路原理圖后，將其轉換成印制電路板圖，如圖1.4所示。

印制電路板做好后，就可以按照電路原理圖將電子元器件焊接在電路板上，焊接完成后就可以看到如圖1.2所示的單片機系統了。這個過程看上去很簡單，但在實際操作過程中十分煩瑣，在本書中將引導讀者逐步完成單片機系統的設計與制作。

單片機系統中硬件電路與軟件程序是密不可分的，二者必須進行有機的結合，才能使單片機系統發揮最大的作用。具體的軟件編寫會在各章中詳細介紹。