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单片机入门教程MICROPROCESSOR 8051TUTORIAL 自动化学院科学与技术协会曹亮2014 QUESTIONS 什么是单片机 学单片机有什么用处 如何学习单片机 1 了解51单片机在实际生活中的应用及其重要性 2 3 学习51单片机之前 必须掌握的基础知识 现场编写程序 讲解51单片机的四个经典例程 了解51单片机基本工作原理建立最小系统 C51 51单片机的C语言标准进制转换 按键控制流水灯 LCD1602液晶屏显示字符 外部中断实验 计时器实验 项目 用码盘测电机转速 1 51单片机在生活中的实际应用 应用实例1 烟草烘烤炉自动控制系统 应用实例2 烟雾 火灾报警器 应用实例N 2 如何搭建51单片机的最小系统 51单片机 一种集成电路芯片 一台完善的微型 电脑 STC89C52RC为例图为intel80C51 8K字节程序存储空间 ROM 512字节数据存储空间 RAM 内带2K字节EEPROM存储空间 通用异步串行口 UART 3个16位定时器 计数器 4路外部中断 工作频率范围 0 40MHz 6时钟 机器周期或12时钟 机器周期 P1 P3 P0 P2 特殊功能引脚 晶振引脚 复位引脚 51单片机引脚 STC89C52RC 51单片机最小系统 51单片机 及其正常工作时必需的外围器件共同组成的硬件生态系统 任何基于51单片机的产品 都由其最小系统扩展而来 传统51单片机的最小系统 分为3个部分 X R P0 时钟电路 复位电路 P0口上拉电阻 当P0口用作通用IO口使用时 X 时钟电路 18 19 20 GND XTAL1 XTAL2 震荡电路为是微处理器的 心脏 由一个石英晶体谐振器和两个电容组成 电路图如下所示 电容的典型值为20 40pF 石英晶体振荡器简称晶振 可与其它元件配合 产生标准脉冲信号 提供可靠的时钟 如果没有时钟脉冲 系统就无法工作 R RST 09 VCC 传统51单片机开机上电时 需要在RST引脚上施加一个高电平 并维持一段时间 才能启动运行 右图为复位电路的示意图 电容取1 10uF 电阻取1 10K 在运行过程中如果发生意外情况 如死机 程序跑飞造成故障等 也可在RST引脚上施加一定时长高电平 即可复位单片机 使得系统恢复正常 复位电路 P0 51单片机有四组IO口 分别为P1 P2 P3口和P0口 其中P0口和其他的三组IO口相比 有本质的不同 P0口由两个场效应管构成推挽输出结构 当用作普通IO口时 与VCC连的场效应管永远截止 此时不能输出高电平 需要外接适当的上拉电阻 P0口上拉电阻典型取值位4 7k P0口上拉电阻 VCC P0 x P0 x口内部结构P1 2 3 x内部结构 2 开始编写51单片机程序前 应该知道什么 二进制 二进制的思想最早由中国上古时代的首领伏羲氏提出 其作 河图 与 洛书 演化的八卦 乾 坤 震 巽 坎 离 艮 兑 即 天 地 雷 风 水 火 山 泽 八种性质与自然现象 象征世界的 太极 0 1 00 01 10 11 000 001 010 010 011 100 101 111 变化与循环 分类方法如同五行 世间万物皆可分类归至八卦之中 亦是二进制与电子计算机的古老始祖 图 无极生太极 太极生两仪 两仪生四象 四象生八卦 戈特弗里德 威廉 莱布尼茨GottfriedWilhelmLeibniz1646 1716 德国哲学家 数学家 和牛顿先后独立发明了微积分 他所涉及的领域及法学 力学 光学 语言学等40多个范畴 被誉为十七世纪的亚里士多德 莱布尼茨与中国八卦图的故事 相传一次偶然的机会 莱布尼茨收到来自中国友人赠与的八卦图 灵感大发 发明了二进制 当时人们都想设计出一台计算机 但纠结于到底基于何种计数进制来设计 莱布尼茨坚信二进制是最科学的计数法则 它有很高的可靠性 并且便于逻辑运算 后来基于二进制的电子计算机兴起 证明了莱布尼茨的正确性 二进制法则 二进制数由两种字符构成 通常由 0 和 1 表示 逢二进一 是二进制的进位法则 由于二进制数太长不便于书写 人们通常把四位二进制数合并为一位十六进制数 他们的转换如右表所示 数据的单位 一位二进制数 即 0 或 1 所占的空间就是一个 位 用 bit 表示 8位二进制数 即从 00000000 到 11111111 所占的空间为一个 字节 用 byte 表示 显然 1byte 8bit 1bit 1byte 数据的单位 1byte 8bit 1KB 2 10byte 1024byte 1MB 2 10KB 1024KB C51的变量 char型变量 符号位 数据位 unsignedchar型变量 数据位 占用1个字节 最高位用来保存正负号 其余位用来存储数据 范围 128 127 同样占用一个字节 但只保存正数和0 没有符号位 范围 0 255 int型变量 符号位 数据位 unsignedint型变量 数据位 占用2个字节 最高位用来保存正负号 其余位用来存储数据 范围 32768 32767 同样占用2个字节 但只保存正数和0 没有符号位 范围 0 65535 C51的变量 3 实战 外部中断 什么是中断 1 CPU在执行当前程序的过程中 出现突发情况 2 CPU建立一个断点 暂时中断当前任务 转而处理突发情况 3 突发情况处理完成后 返回断点处继续以前的任务 主函数 突发情况 中断函数 断点 外部中断 中断编号中断源0外部中断01定时器中断02外部中断13定时器中断14串口中断 外部中断 INT 外部中断 外部中断设定 1 配置中断触发方式2 设定优先级3 打开中断允许 外部中断与定时器控制寄存器TCON IT0和IT1是设置外部中断的触发方式0 为低电平触发方式1 为高 低跳变触发方式IE0和IE1是外部中断标志位 MSB LSB 中断允许寄存器IE 外部中断 MSB LSB EA 总中断允许位0 CPU屏蔽所有的中断请求1 CPU开放所有中断EX1和EX0 分别是外部中断1和外部中断0的中断允许位0 禁止相应的外部中断1 允许相应的外部中断 中断优先级寄存器IP 外部中断 PS 串行口中断优先级PT1和PT0 分别是定时器1和定时器0的中断优先级PX1和PX0 分别是外部中断1和外部中断0的中断优先级 MSB LSB 所有位设定为1 则优先级为高 设定为0 则优先级为低 定时器 什么是定时器 传统51单片机内有两个可编程的定时 计数器 设定工作方式后 定时器开始工作 到达满足一定条件后 如到达了设定的时间 定时器就产生中断 外部中断与定时器控制寄存器TCON MSB LSB TF0和TF1是定时器的中断标志TR1和TR0是打开相应的定时器 工作方式寄存器TMOD 定时器 MSB GATE 门控制0 直接通过TRx来控制定时 计数器的开启1 由TRx和外部中断脉冲控制 常用于计算外部中断负跳变的次数C T 计数器模式和定时器模式选择0 选择定时器模式1 选择为计数器模式 LSB 定时器1控制字段 定时器0控制字段 M0和M1 工作方式00 方式0 为13位定时 计数器01 方式1 为16为定时 计数器10 方式2 为8位初值自动重装定时 计数器11 方式3 仅适用于T0 分成两个8位计数器 T1停止计数 中断允许寄存器IE 定时器 MSB LSB EA 总中断允许位0 CPU屏蔽所有的中断请求1 CPU开放所有中断ET1和ET0 分别是定时器1和定时器0的中断允许位0 禁止相应的外部中断1 允许相应的外部中断 码盘测速 光电码盘是由光学玻璃制成 在上面刻有许多同心码道 每个码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分 如图所示 工作时 光投射在码盘上 码盘随运动物体一起旋转 透过亮区的光经过狭缝后由光敏元件接受 光敏元件的排列与码道一一对应 对于亮区和暗区的光敏元件输出的信号 前者为 1 后者为 0 通过统计单位时间内收到的脉冲数 即可计算得出码盘的运转速度 现在开始 DIY一个自己的作品吧吧 51 流水灯 51单片机 5 晶振 1 40P芯片座 0 5 洞洞板 2 4 7k 9pin排阻 0 5 2 54mm单排针 1 合计 10 电子钟 流水灯 带电子钟功能的计算器 流水灯 温度计 流水灯