单片机（MCU）是典型的嵌入式微控制器，通过在IC芯片上集成运算器、控制器以及IO接口，也就相当于一个小而完善的微型计算机系统。单片机的学习可以和计算机组成原理、汇编语言、微机原理与接口技术和计算机体系结构等计算机专业课程有机结合，加深对于硬件的理解。本次上手实验，我使用的是普中51开发板，以下是我在学习和实战过程中的整理总结。

单片机预备知识

• 电平特性：数字电路只有两种电平（高和低）

  • 单片机TTL电平：高+5V、低0V
  • RS232电平（计算机的串口）：高-12V、低+12V
  • 计算机与单片机之间通讯时需要加电平转换芯片max232

• 二进制：由数字电路中的两种电平特性决定

• 十六进制：二进制的简短表示方式（四个二进制转换成一个十六进制），例：0001B -> 1H

• 二进制的逻辑运算

  • ”与“运算：·
  • “或”运算：+
  • ”非“运算：〒
  • “异或”运算：⊕

• 位运算符：>>位右移、<<位左移、&按位与、|按位或、^按位异或、~按位取反

• C51数据类型扩充定义

  • sfr：特殊功能寄存器声明 sfr SCON = 0X98;
  • sfr16：sfr的16位数据声明 sfr16 T2 = 0xCC;
  • sbit：特殊功能位声明 sbit 0V = PSW^2;
  • bit：位变量声明 bit flags
  • 一般来说char定义单个字符，unsigned char定义数组

• C51头文件：reg51.h、reg52.h（定义特殊功能寄存器和位寄存器），math.h（定义常用数学计算），ctype.h、stdio.h、stdlib.h、absacc.h

单片机介绍

• 单板机：将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备装配在一块印刷电路板上，将监控程序固化在ROM中，从而构成的单板微型计算机
• 单片机：在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成的单芯片微型计算机
• Intel MCS-51系列单片机：集成8位CPU、4K 字节 ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，有控制功能较强的布尔处理器
• 总线（BUS）：计算机各部件之间传送信息的公共通道
  • 内部总线：CPU内部之间的连线
  • 外部总线：CPU与其他部件之间的连线。外部总线分为：数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）、控制总线CB（Control Bus）
• CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器
• RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据
• ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格
• I/O 口：四个 8 位并行 I/O 口，既可用作输入，也可用作输出
• T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在计数模式
• 五个中断源的中断控制系统
  • 一个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信
  • 片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最佳振荡频率为 6M—12M
• 80C51系列：以8051为基核开发出的CMOS工艺单片机，是MCS-51系列中的一个典型品种

• 中断服务程序

  1 2	函数名() interrupt n using m { 函数内部实现; }

• I/O口定义：sbit beep = P2^3;

• 单片机最小系统能够运行起来的必要条件：

  1. 电源电路
  2. 晶振电路（提供时钟脉冲）
  3. 复位电路（提供系统复位操作）

• 对单片机任意IO口的随意操作：1.输出控制电平高低、2.输入检测电平高低

• 定时器

  • 中断：外部中断、定时器中断、串口中断
  • 串口通信：单片机之间、单片机与计算机间

• KEIL C51软件和51硬件仿真器

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  #include "reg52.h" //0 Error,0 Warning void main() { while(1) { } }

点亮发光管

• GPIO（genral purpose intput output）：通用输入输出端口，可以通过软件来控制其输入和输出

• 51单片机芯片的GPIO引脚与外部设备连接起来，从而实现与外部通讯、 控制以及数据采集的功能

• STC89C52的引脚

  • 电源引脚：VC、 GND
  • 晶振引脚：XTAL1、XTAL2
  • 复位引脚：RST、VPD，不做其他功能使用
  • 串口功能引脚：TXD、RXD，可以作为下载引脚使用
  • GPIO 引脚：带有 Px. 字样的均属于 GPIO 引脚
  • 同一时刻，每个引脚只能使用该引脚的一个功能

• 上下拉电阻的作用：

  • 上拉电阻就是将不确定的信号通过一个电阻拉到高电平，同时此电阻起到一个限流的作用，下拉就是下拉到低电平
  • OC门要输出高电平，外部必须加上拉电阻
  • 加大普通IO口的驱动能力
  • 起到限流的作用
  • 抵抗电磁干扰

• GPIO外围电路

  • 当I/O口被用作输入用途时，读取输入前要保证锁存器状态为 1
  • 当将I/O口由低拉高时，指令执行后需要1~2个机器周期才能使实际的输出变成高电平
  • 51 单片机所有 IO 口都是双向的，即可以作为输入也可以作为输出使用
  • 由于 P0 口是漏极开路的，所以要操作 P0 口必须外接上拉电阻，其他P1、P2、P3 口都内部自带上拉电阻，可以不加，如果要增强 IO 口驱动能力，可以外接上拉电阻

• LED：发光二极管，具有单向导电性，通常在LED管脚上串联一个限流电阻

• 发光二极管发光时两端电压约为1.7V，这个电压又叫做发光二极管的“导通压降”

• 对于 LED 这种一次性操作的器件来说，可以把控制语句放在while之前来执行

• Code表示程序所占用 FLASH 的大小，dat表示数据储存器内部 RAM 占用大小，xdat表示数据储存器外部 RAM 占用大小

• 程序的大小不是 .hex 文件的大小，而是编译后的 Code 和 dat 之和

• LED闪烁（延时函数）

• 移位函数：左移_crol_()、右移`_cror()`函数（实现LED流水灯）

其他实验

• 由于篇幅关系，其他实验程序代码放在 Github 仓库中，可供参考，如需自取。

Bezhuang