ht46f49e单片机外部电路和端口的体系结构讲解

通过单片机简介中单片机功能简述的学习，我们了解到单片机的核心功能可以描述为：能够按照预先设定的功能，依次执行某种操作。这些操作或者向外输送某种控制信息，或者获取某种外部信息，或者进行某种逻辑判断或计算。此外，单片机还具有定时器、外部中断等功能，辅助完成复杂的控制过程。 单片机之所以能够完成各种控制功能是和其内部的体系结构设计分不开的。本文将以ht46f49e为例，介绍单片机外部和内部的体系结构。

1.电源电路

电源引脚,包括VDD和VSS，其直流工作电压范围为2.2~5.5V。在电路图中约定和供电相关的符号包括： VCC：C=circuit 表示电路的意思, 即接入电路的电压; VDD：D=device 表示器件的意思, 即器件内部的工作电压; VSS：S=series 表示公共连接的意思，通常指电路公共接地端电压。

对于数字电路来说，VCC是电路的供电电压,VDD是芯片的工作电压(通常单片机系统的Vcc也是Vdd)，VSS是接地点;有些IC既有VDD引脚又有VCC引脚，说明这种器件自身带有电压转换功能;在场效应管(或COMS器件)中，VDD为漏极，VSS为源极，VDD和VSS指的是元件引脚，而不表示供电电压。

单片机所需的供电电压VDD从2.5~5.5V，与其工作频率有关。一般而言，频率越高，消耗能量越多，因此所需的工作电压也越高

2.振荡电路

单片机必须通过一定的振荡电路才能产生控制其工作的工作节拍。如果说电源电路提供了单片机的血液，那么振荡电路就是单片机的心脏。芯片的OSC1和OSC2为振荡引脚，HT46F49E内部设计有振荡电路，但是需要外部元器件通过振荡引脚配合才能工作。一般有两种振荡电路形式，RC振荡模式和晶振振荡模式。

上图为HT46F49E两种振荡模式的原理图。一般而言，RC振荡方式，只要一个电阻和电容就可以和内部电路配合产生系统时钟，成本低廉;但是其振荡频率准确度不高，容易受电源、元件、温度和湿度甚至芯片差异性和外围电路板设计的影响，因此不适用于要求工作频率精确和稳定的场合。如果采用晶体振荡模式工作，若系统时钟大于1MHz，则图中两个滤波电容c1、c2和电阻Rp可以不接，这样仅将晶振两个管脚连接于OSC1和OSC2之间即可。电路最为简洁，而且频率稳定度高，因此本书后续的实验均选用4M晶振，采用此方式连接。

振荡电路的振荡频率决定了系统的时钟周期，从而决定了指令的执行时间。盛群单片机的一个指令周期为4个系统时钟周期，例如：采用4M的晶体振荡，那么一个指令执行时间为1us。盛群单片机的大部分指令只需要一个指令周期来执行，但是跳转指令、调用指令、返回指令和查表指令等需要两个指令周期来完成。还有如果涉及到程序计数器低字节寄存器PCL也需要多于一个指令周期来执行。3.复位电路

除了振荡电路，复位引脚也和单片机本身运行有关。复位，就是单片机回到某种初始状态，开始运行。当给单片机的RES引脚输入低电平并保持一定时间，单片机随即进入复位状态，等到RES引脚重新为HIGH状态后，单片机从初始状态工作。本书实验复位电路均采用该基本复位方式连接。如果单片机系统工作环境有较大的干扰信号，可以采用另一种增强复位电路，具体连接可以参考盛群单片机资料手册 。

一般而言，单片机术语里有所谓最小系统的概念，也就是让单片机能够工作的最小电路，包括：1.电源、2.晶振、3.复位。具备了这三项，单片机就具有了执行程序的能力，可以正常运行了!但是没有输入、输出电路，此时的单片机仅具有一个聪明的大脑还没有办法工作。下面将介绍与输入输出相关的引脚，这样单片机就能感知外部世界并指挥其它设备工作了！

46F49E具有丰富的对外控制或者输入信息的管脚，这类引脚简称I/O口(英文Input和Output的首字母)。为了方便记忆，它们可以分为4组：

1.PA端口

PA为双向的I/O口(PA0~PA7)，所谓双向就是每个口即能作为输入信号也能输出控制信号，但是只能由编程选择一种功能。控制每个口的控制寄存器(PAC)可以设定其功能为输入还是输出。PA的每一位都是独立的个体，都可以由PAC的对应位设置成不同的功能。

单片机电路设计时，经常使用上拉电阻。所谓上拉电阻就是在某个输入端口上连接一个阻值较大的电阻至电源，而下拉电阻则是通过电阻与地连接。上拉电阻(或下拉电阻)可以实现输入信号置高(或低)以避免浮接状态(有些输入信号在外部器件没有工作时，对外呈现高阻状态，此时端口状态不确定)。盛群单片机内部每个i/o口都可以在芯片内部连接一个上拉电阻，避免外部上拉电阻的使用。(要使用内部上拉电阻，必须在芯片配置中说明，参考HT-ide3000的使用)

此外，必须注意的是，PFD、TMR、INT分别与PA3，PA4、PA5 共用引脚。PFD是Programmable Frequency Divider的字头，当该引脚设定为输出模式时，该引脚可以根据定时器的溢出产生一定频率的方波信号(实际为定时器溢出频率的一半)。该功能非常适合于产生音乐、音调信号。后面教程的电子钢琴和奏乐程序将重点介绍该功能。TMR是Timer/Event Count的字头，通过该功能单片机可以对外部的脉冲信号计数，这个功能在测控领域用处很大;INT则是Interrupt的缩写，就是外部中断功能。

2.PB端口

PB为8 位双向输入/输出口。功能可由软件设置为CMOS 输出、带或不带上拉电阻(由上拉电阻选项决定)的斯密特触发输入。注意四路A/D 输入与PB 口共用引脚(PB0~PB3)。一旦PB 作为 A/D输入(由软件设置)，则相应输入/输出功能和上拉电阻会自动失效。

3.PC端口

5 位双向输入/输出口。可由软件设置为 CMOS 输出、带或不带上拉电阻(由上拉电阻选项决定)的斯密特触发输入。

4.PD端口

2 位双向输入/输出口。可由软件设置为 CMOS 输出、带或不带上拉电阻(由上拉电阻选项决定)的斯密特触发输入。PWM输出与PD0 或PD1 共用引脚(由PWM选项决定)，PWM是英文pulse-width-modulation的缩写，即单片机可以从PD0或PD1输出占空比可以调节的方波信号，频率则由软件设定。