手把手教你学单片机的C语言程序设计（二）——单片机的基本知识及第一个C51程序.pdf

学 - -j单 片机 手把 手教你 学单 片机 的 C语 言程 序设 计 ( 二 ) 单 相的基本知 识 及第一个 0 5 1程序 虽说用 C语言编程不必对单片机的硬件结构有详细的 掌握， 但是了解一些单片机内部硬件的基本结构 ， 有助于我 们编写出更高效、 更紧凑的代码。 M C S 一 5 1 单片机的基本结构 单片机的基本结构组成中包含有中央处理器 CP U。 程序存 储器、 数据存储器、 输入 输出接口部件， 还有地址总线， 数据总 线和控制总线等。MC S 一 5 1 单片机的典型芯片是8 0 0 5 1 ， 其特 性与我们实验的 A T 8 9 S 5 1 完全相同， 这里以8 0 0 5 1为例简介 一 下单片机的基本知识。8 0 C 5 1 的结构框图见图 1 8 0 0 5 1 是一个 8位( 数据线是 8位 ) 单片机， 片内有 2 5 6 字节 R A M及 4 K字节 R OM。中央处理器单元完成运算和控 制功能。内部数据存储器共 2 5 6个单元 ， 访问它们的地址是 0 0 F F H， 其中用户使用前 1 2 8个单元( 0 0 7 F H) ， 后 1 2 8个 单元被专用寄存器占用。内部的两个 1 6位计数器 定时器 用作定时或计数，并可用定时或计数的结果实现控制功能。 8 0 0 5 1 有四个 8位并行 口( P 0 、 P 1 、 P 2 、 P 3) ， 用以实现地址输 出及数据输入 输出。 片内还有一个时钟振荡器 ， 外部只需接 入石英 晶体 即可振荡。 8 0 0 5 1采用 4 0引脚双列直插式封装( DI P) 方式 ， 图 2 为引脚排列及逻辑符号。 周兴华 8 0 05 1的基本特征 8位 CP U。 片 内时钟振荡器 。 4 K B程序存储器 R OM。 片内有 1 2 8 B数据存储器 R A M。 可寻址外部程序存储器和数据存储器空间各 6 4 K B 。 2 1 个特殊功能寄存器 S F R 。 4个 8位并行 I O 口， 共 3 2根 I O线。 1 个全双工奉行口。 2个 1 6位定时器 计数器。 5个中断源 ， 有 2个优先级。 具有位寻址功能， 适用于位( 布尔) 处理。 8 0 0 5 1的内部结构 1 中央处理单元 中央处理器 CP U是单片机中的核心部分，由控制器和 运算器组成。 运算器包含算术逻辑部件 ( A L U) 、 控制器、 寄存 器 B、 累加器 A、 程序计数器 P C、 程序状态字寄存器 P S W、 堆 栈指针 S P、 数据指针寄存器 DP T R以及逻辑运算部件等。 控 制器包括指令寄存器、 指令译码器、 控制逻辑阵列等。算术逻 辑部件( AL U) 功能是完成算术运算和逻辑运算， 算术运算包 括加法、 减法、 加 I 、 减 1 等操作。逻辑运算包 括， “ 与” 、 “ 或” 、 “ 异或” 等操作。A U L还有一 些直接按位操作功能， 如置位、 清零、 求补、 条 件判转、 逻辑“ 与” 、 “ 或” 等。 在需按位运算时， 位操作指令提供了把逻辑等式直接变换成软 件的简单明了的方法。 控制器的功能是按时间顺序协调各部分 的工作， 在控制器的控制下， 单片机可对指令 进行读取、 译码， 形成各种操作动作， 使各个部 件之间能协调工作。 程序计数器 P C是专门用来控制指令执 行顺序的一个寄存器，可以放 1 6位二进制 数码， 用来存放指令在内存中的地址。 当一个 地址码被取 出后， P C会自动加 1 ，作好取下 一 个指令地址码的准备工作。 累加器A是 8位寄存器， 它和算术逻辑部 件 A L U一起完成各种算术逻辑运算，既可以 存放运算前的原始数据， 又可以存放运算的结 维普资讯 学 习单 片机 果 它是使用最为频繁的一个器件。 寄存器 B是一个 8位 寄存器 用干 乘除法运算。 乘法运算时 B是一个操作 数 ， 积存于 A B中 除法运算 时， A是被 除数 B是除数 其商存于 A ， 余数存 程序状 态字 P S W 是一个 8位寄存 器 ，这 是一个非常重要 的标 志寄存器 ， 用来保 存指令执行结果 的标 志 供程 序 查询和 判别，在 P S W 的 8位中有 7个 标 志位 格式如下 ： 7 6 CY l A C 4 3 2 1 0 _ I 1 P ： 这是 P S W 的第 0位 ， 它是 累加 器 A的奇偶标志位。P = I表示 累加器 A 中的数 为奇数 P = 0为偶 数。 OV ： 这是 P S W 的第 2 位 。 称 OV为 溢出标 志对于 带符 号的数在操作 时 OV = I 表示有溢 出 O V = 0 表示 无溢 出。 ： 用户定义的标志位。 可作 为软件标 志 可通过软件对 其进行置位 复位或测试 以控制程序的转移。 A C： 辅助进位( 半进位) 标志 是低4位向高 4 位进位或 惜位标志 当 D 3向 D 4位进位， A C被置 I 否则被清零。 B C D 码调整时 也用到 A C 。 C Y ： 进位标志。在嚣 商位 有进 位( 做加 法运算 时 】 或有借 位I 做减法时 ) ， C Y = I 否则 C Y = 0 。 R S 1 、 R S O ： 寄存器组 选择位 可由软 件设置 这是 P S W 中的第 4位和第 3 位 ，用来指示当前使用的工作寄存器 区。 片内工作寄存 器共 有 4 x 8 = 3 2个 这 3 2个寄存器 的地址 编 号为 O O H到 1 F H 分成四个区 每 区 8个寄存器 都用 R 0 一 R 7 来标称。当前使用到的工作寄存器区 可由 P S W 中的R S 1 、 R S 0 位指示 出来( 见表 2 ) 。 襄 2 寄存嚣 组选择 鼓据指针( D P - R ) 这是一个 1 6位寄存器 可分为 D P H DP L高低两个字节， 在访问外都数据存储器时， 用DP T R作 为地址指针。 2并行 I O 口 8 0 C5 1 的 3 2根 l 0线分 为四个双 向并行 E l P 0 P 3 每 一 根 It O线都能独立地用作输入或输 出。每一根 I O 线均包 含锁存器 、 输出驱动器和输缓； 中 器 三态门 ) 。 P 0 13受内部控制信号 的控制 ， 可分 别切换地址 ， 数据总 线 、 I ( 3口两种工作状 态。 P 1口只有 I O 口一种工作状态。 P 2口受内部控制信号的控制 ，可 以有地址总线 、 I (3口 两种工作状态。 P 3 E l 除了用作一般 I O 口外 每一根线 都可执行与 口功 能 无关的第 二种输人 输出功能。 3行 I ( 3口 8 0 C 5 1 有串行 1：3 通过异步通信方 式c U A R T 】 与串行传 送信息的外部设备相连接 或用于通过标准异步通信协议进 行全双工通 信。 4 定 时 ， 计 戡 鲁 8 0 C 5 1内的可编程定时 ， 计数器 由控 制位 c 丌 来选择 其功能。作为定时器时 每个机器 周期加 1 ( 计数频率 为时钟 频率的 1 ； 1 2) 。作为计数器时 对应外部事件觫；中的负沿加 1 【 最高计数频率为时钟频率的 1 2 4) 。 5 时钟 8 0 C 5 1内部有 昌振 振荡器。外接 石英 晶体 形成谐振 回 路， 产生时钟信号。若用外部时钟源 X T A L 1 接地。 X T A I_ 2接 外部 时钟 。片内时钟发生器将振荡器信号二分频 为芯片提 供 2相 时钟 信号。一个机器周期由 6个时钟状态组 成， 每个 时钟状态 又是由 2个振荡脉冲组成 。 因此一 个机 器周期包括 1 2个振蒲脉冲 。 8 0 0 5 1的存储器配置 MC S 一 5 1系列单 片机片 内集成有一定 数量的程 序存储 器和数据存储器。对 8 0 (3 5 1来说 ， 片内有 2 5 6 字节 的数据存 储嚣及4 K字节程序存储器。应用时如内部存储器不够可扩 展外部存储器 内外存储器寻址空间的配置如图 3所示。 1 程序存储器 维普资讯 学 习单 片机 程序存储器 用于 存放犏 写好的程序或 常数 E 引脚接 高电平 ， 即可 从内部程 序存储器 中( 4 K B中) 读取指令 超过 4 K B后， C P U自动转 向外部 R O M执 行程序。 E 引脚接低电 平 ， 则所有的读取指令操作均在外部 R OM 中。 程序存储器的寻址空间为 6 4 K B其中有 7 个单 元具有 特殊功能【 中断入 口地址 】 ， 如表 3所示 8 0 C 5 1被复位后 ， 程序计数器 P C的内容 为 0 0 0 0 H ， 因此 系统 必须从 0 ( X 3 0 H单元开始取指 令执行程序。 般在该单元中存八 一 条跳转指令 而用户设计的程序 从眺转后的地址开始安放。 袭 3 中断入口地址 2 ze 部般据存储器 数据存储器分外部和内部 两大部 分。 8 0 0 5 1的 内部 数 据 存储 器 分成 两 块 ： 0 0 7 F H和 8 0 一 F F H 。 后 1 2 8字节 用作特 殊 功能 寄存 器 S F R) 空 间 2 1个特殊 功能寄 存器离散地分布在 8 0 一 F F H地址 空 间内。在这些特殊功能寄存器 中地 址的低位 为 O H或 8 H的 S F R位寻具有功能总共有 1 2 8 位( 见图4 1 o数据存储器的地址 空间分布如图 5所 示。 萁 中， 地址 0 0 H 1 F H区 为 工作寄存器区。 又分凹组， 每个时 间内只能有一组 寄存器 工作 ； 地 址 2 0 H一 2 F H 为 1 2 8个 位 寻址 区 位 地址 为 0 0 H 一7 F H 内部 数 据存储 器 的位 寻址 空间 f 1 2 8 位 】与 S F R的位 寻址 空 间f 1 2 8 位 ) 一起构 成 了 8 0 c 5 1中的 2 5 6 位的位寻址 空间。 8 0 C5 1的外部数据存储器 ，它 的寻 址空 间为 6 4 K B。根据 P 2口的情 况可将 这 6 4 K B 分成每页为 2 5 6个字节的 2 5 6个页。 一 个单片机应用 系统 它的硬件 电路 设 计 完成 后 接簧便是软件 编写及仿 真谓试 。软 件开发调试中要使 用到 K e i l C 5 1 集成开发 平 台及T O P 8 5 1编程嚣， 尽管以前的 手把手教 你学单片机 讲座 曾予以详细介绍 但考虑此攻 C语言讲座 很多读者 可能是初学， 故再简单 介绍 一下安装使用。 K e _ l 0 5 1 集成开 发平 台安装 在 电脑中放配套 光盘 打开 K e il C 5 1 文件 ， 然后双击 S e t u p e x e进行安装 在提示选 择 E v a l 或 F u ll 方 式时 ， 选择 E v a l 方式安装 不需注册码 但有 2 K大小 的代码 限制 。如你 购买 了完全版 的 K e il C 5 1 软 件f 或 通过其它途径得到 】 则选 特殊功能寄存嚣地址姨最 s F R名 嚣 符 号 D T血地址 位定义 1 3 字节地址 F5 J P O B寄存嚣 ( F n H) 邯 E 3 鼻加 嚣 ( E 。 I ) D - D D D l D t D D 置 序妆 盎事 ( D O H ) cz C F0 RSj &S 0 OV P B F 雎 B D D c B b 自 腑 聃 中断优先擐控 触 ( B 船1 ) PXO Vo螭 口 3 日 3 加 C B O H) P3 7 P 6 5 P 3 a P$ 2 P l P F “ D b M 9 柚 中断允许控 I ( 8 H ) E tI B XO 3 A0 z o蛐 口 2 ( A0 H1 P2 6 P2 5 P2 4 P 2 3 P2 2 P2 1 P2 O 牵行搬搪疆冲 g F g D 9 B g l 口 睾朽控制 ( 9 a H ) S M O SM2 m TI 0 7 9 8 9 5 9 4 9 5 “ 9 】 0 O Z O 口 l ( 9 0 H ) P1 7 P1 6 P 5 PI P1 3 PI _ 2 P 1 1 PI 0 定时 计敛嚣 l( 南字节 ) T H1 B D H 定时， 计敷罄 0( 赢字 节) T HO 8 c t 定 时， 计数嚣I( 低字节j T L I 定时 计戢嚣 O( 怔事节 ) 1 L O 定时， 计数嚣方式最彝 a n c I Ml MO O T E C r Ml O 娼H 8 E B B 聃 e l 定时 计致器控村 ( 8 8 H) T R1 T F O T 0 l E 1 r r l l E 0 r r 0 电曩控“丑 泣悖奉盎彝 P C O S M 0 l aF O 8 7 H 戢据指针矗宇节 D P H B S H 救援指什低字节 堆栈指 竹 8 l H 0 8 6 e 5 8 4 a 3 e 2 l l O z o 口O P 0 ( 8 0 R) P n 7 P 乱 P 0 5 P 0 P 0 3 P o 2 P 0 I P 0 O 注 ， 带 括 号 的 字 节 j 电 址 表 示 具 有 位 地 址 维普资讯 学 习单 片机 # 地 址13 ， 位 地 址D。 l 佳饯 敬据缓冲) 7 F 7 E 7 D 7 C 7 B 7 A 7 9 7 8 7 7 7 6 7 5 7 4 7 3 7 2 7 l 7 0 6 F 6 E 6 D 6 C 6 B 6 A 6 9 6 8 6 7 6 6 6 5 6 4 6 3 6 2 6 1 6 0 5 F 5 E 5 D S C 5 B 5 A 5 9 S 8 S 7 5 6 3 S 4 5 3 5 2 5l 5 0 F l E D 4 C B 4 A 4 9 4 8 7 I 6 5 t d 3 4 2 4 l 4 0 3 F 3 E 3 D 3 C 3 B 3 A 3 9 3 8 3 7 3 6 3 5 3 4 3 3 3 2 3 j 3 0 2 F 2 E 2 D 2 C 2 B 2 A 2 9 2 8 2 7 2 6 2 5 2 d 2 3 2 2 2 J 2 0 1 F 1 E 1 D l C l B l A l 9 1 8 1 7 1 6 l 5 l 4 I 3 1 2 】 j l 0 O F 0 E 0 D 0 C 0 B O A 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 O j 0 0 R7 ； 工作寄存器组 3 K0 R7 工作寄存器组 2 R0 K 7 ； 工作寄存器组 I K 0 K7 I二 作寄存器组 0 R 0 内部 RA M - 地址空 间 只能 字 节寻 址 可位寻址区 ( 也可字节寻址) 位地址 ： O O H 7 F H 工作寄存器 组 区 择 F u l l 方式安装， 代码量无限制。安装结束后， 如果您想在中 文环境使用，可安装 K e il C 5 1汉化软件 ，将汉化软件中的 u v 2 e x e复制并粘贴到 C： K e i l u v 2目录下并替换原先的文 件即可。程序安装完成后在桌面上会出现 K e i l u V is io n 2图 标， 双击该图标便可启动程序， 启动后的界面如图 6所示。 主要由菜单栏、 工具栏、 源文件编辑窗口、 工程窗口和输 出窗口五部分组成。工具栏为一组快捷工具图标。 主要包括 基本文件工具栏、 建造工具栏和除错( D E B U G 调试 ) 工具 栏 基本文件工具栏包括新建、 打开、 拷贝、 粘贴等基本操作。 建造工具栏主要包括文件编译 、 目标文件编译连接、 所有 目 标文件编译连接、目标选项和一个目标选择窗 El。除错( D E B U G 调试 ) 工具栏位于最后， 主要 包括一些仿真调试源程序的基本操作， 如单步、 复位、 全速运行等。在工具栏下面 ， 默认有三个 窗 口。左 边 的工程 窗 口包 含 一个 工 程 的 目标 ( t a r g e t ) 、 组( g r o u p) 和项 目文件。 右边 为源文件 编辑窗口，编辑窗口实质上就是一个文件编辑 器 ， 我们 可 以在这里 对源 文件 进行 编辑 、 修 改 、 粘贴等。 下边的为输出窗口， 源文件编译之后的 结果显示在输出窗口中， 会出现通过或错误( 包 括错误类型及行号 ) 的提示。如果通过则会生成 “ HE X ” 格式的目标文件 用于仿真或烧录芯片。 MC S 一 5 1单片 机软 件 K e i l C 5 1开 发过 程 为 ： 1 建立一个工程项 目， 选择芯片， 确定选项。 2建立汇编源文件或 C源文件。 3 用项 目管理器 生成各种应 用文件 。 4 检查并修改源文件中的错误。 5 编译连接通过后进行软件模拟仿真。 6 编译连接通过后进行硬件模拟仿真。 7 编程操作。 8 应 用。 T O P 8 5 1 烧录软件安装 运行编程器所配光盘 中的 t o p 8 5 1 ，双击 S e t u p e x e可安装 T P 8 5 1 烧录软件。安装完毕 后在桌面上自动生成t o p 8 5 1 快捷图标。 双击该图标， 即可进入 T OP 8 5 1 主窗口( 图 7) 。 第一个 C 5 1演示程 序及效果 1 建立一个工程项目。 选择芯片并确定选项 双击 K e i l u V i s i o n 2快捷图标后进入 K e i l C5 1开发环 境， 单击“ 工程” 菜单 ， 在弹出的下拉菜单选中“ 新工程” 选项 ， 屏幕显示 为图 8 。 在文件名中输入一个项 目名“ my t e s t ” ， 选择保存路径 ( 可在“ 我的文档” 中先建立一个同名的文件夹) 。 单击保存。 ， ， f J 维普资讯 学 习单 片机 在随后弹出的“ 为目标 t a r g e t 选择设备” ( S e l e c t D e v i c e f o r T a r g e t“ T a r g e t 1 ” ) 对话框中用鼠标单击 A t me l 前的“ + ” 号。 选择“ 8 9 S 5 1 ” 单片机后按确定， 如图 9所示。 选择主菜单栏中的“ 工程” ， 选中下拉菜单中“ Op t i o n s f o r T a r g e t 。T a r g e t 1 ， 出现图 1 0 所示的界面。单击“ t a r g e t ” 页面。 在晶体 X t a l( MH z )栏中选择试验板的晶振频率。默认为 3 3 MH z 。 我们讲座试验板的晶振频率为 1 1 0 5 9 2 MH z 。 因此要 将 3 3 0改为 1 1 0 5 9 2 。然后单击输出“ Ou t p u t ” 页面。 在“ 建立 h e x格式文件” 前打勾选中， 如图 1 1 。其它采用默认设置。 然后 点确定。 2 建立源程序文件 单击“ 文件” 菜单， 在下拉菜单中选择“ 新建” ， 随后在编辑 窗E l 中输入以下的源程序( 如图 1 2 ) 。 # l n c l u d e v o i d d e l a y ( v o i d ) ； v o i d ma i n ( v o i d ) lo o p ：P O = O x O 0 ； d e l a y ( ) ； P 0 = 0 x ff ； d e l a y ( ) ； g o t o lo o p； v o i d d e la y ( v o i d ) u n s i g n e d i n t i j f o r ( = 0 ：i P o r t 0 ” ， 将 P 0 输出窗12 打开( 图 1 6 o鼠标在程序的光标箭头上点一下， 随后 继续按动 F 1 O 。 可发现 P o r t O变为低电平( 打勾消失) ， 再按动 F 1 0 ， 同时注意观察左边寄存器窗12中的S e c ( 时间) 数值， 可发 现。 P o r t O输出低电平到高电平的时间间隔约为0 5秒，反复循 环。仿真调试通过后， 关闭 K e i l C 5 1 开发环境。 烧录程序 ( 编程操作) 蕈 聱 挂 赫 吣强 情 辘 赫 弹 嘲 嚷 啦 慨 畦 捣 壤 埘 墨 强 晕- 一 一 _ 1 -J， t 唾 量 西 e岛 ； _ 嚣 鼯 霉垂再 f 蒙 哿 E 1 品 r L h r C R r 。、 n ， 一： 、 m b 1 。 z0 u ， J I 一。 j i 对 - 五i r _西 窜 江 山 。 。 J l 一 童 ： 三 ： ： 蒜 1 i L - 晰讲 惴m c a ， t 誊 蚺 警 勰 擎 释 鬻 灏 鬻 繇 酾 霞 黼 鼎 黼 鼹 骚 固 删 品 i l 骥 墨 j 墓 盟 -0 一= 三 = 翌 兰： 曼 兰 銎 。 辫 置 日 目 口 即 日 目 R 目 w M _ _ _ _ 搦嚣 1 J 趔埘删旧到 阔 瞄 I 目嚣 f r+ t h 攘 雾z 溪 困 n 1 霾 i l I 辫 姜 壤 麓 臻 鸳# 毒 帕 I j掰 噼 ； g 藁 m ll 一 十 楚 f f 器 餐 二 j 臻装 嚣搿 墼 J - 髓隧豳 嚣器嚣 黯2 一 一 黑 躁隧 | 维普资讯 ii瓠器 初 学 实验 室 人用童 目前机器人活动、 机器人制作正在 中小学校和青少年中迅速开展。 一般来 说机器人是会作一些动作的， 机器人的 不同动作大多是 由各种各样的电动机 来完成的。 同样在机电一体化的电子制 作中也要使用各种各样的电动机。 电动 机 的种类很 多 本文介绍的直流减 速电 机使用简单， 价格便宜， 动力较大， 在机 器人 的行走得到 广泛应用 。 直 流减速 电机是 由直流 电机 和齿 轮减速器构成的， 由于齿轮减速器有不 同的减速比， 所 以直流减速电机可以有 许多不同的转速供使用者进行选择 ， 这 | l l | 龟 瓤的选朔 给应 用带来了很大的方便。 在使用直流 减速 电机 时应根 据实 际需要选 择电机 的参数。 1 电机的额定工作电压。 电机的参 数都是电机工作于额定工作电压时的 数值。电机的工作电压也可以低于额 定工作电压， 此时各项参数数值都会下 降。 电机 的工作 电压也可 以高于额 定工 作 电压 ， 但 不要 长时间运 行 ， 电压也不 可过高。 2电机的额定电流： 电机在额定工 连接好 T OP 8 5 1 ，将随机所配的9 V直流电源插头插到右 侧电源插座上， 电源指示灯亮。运行T OP 8 5 1 ， 在主菜单中点击 “ 型号” ， 在弹出的对话框里选择“ 单片机” ， 制造厂家栏中选择 “ A T ME L ” ， 器件型号选择“ A T 8 9 S 5 1 ” ， 点击确定。 在主菜单中选 择“ 文件 ” ，装载 数 据 到文 件缓 冲 区， “ 选择我 的文档 my t e s t my t e s t h e x 。 文件类型应选择 h e x I n t e l 十六进 制” ， 并按确认( 图 1 7 ) 。把 8 9 S 5 1 芯片插在插座上( 注意芯片的 缺13位置与编程器外壳的指示位置保持同一方向) 并锁紧。在 组合操作栏目中的“ 先擦除” 、 “ 写器件” 、 “ 校对” 前打勾， 按“ 自 动” 后进入读写操作( 图 1 8 o烧写完毕后， 关闭 T OP 8 5 1 ， 松开 插座取下A T 8 9 S 5 1 。 观察程序运行的结果 将 A T 8 9 S 5 1芯片插到 S 3试验板上，加上 5 V专用电 源。P 0 13 8个发光二极管同时点亮， 延时0 5秒后又同时 灭 反复循环 ， 自动工作。