單片機基礎知識

1、第1章 基礎知識1.1 概述作為初學者，在全面、深入學習單片機開發(fā)應用技術之初，一定會提出許許多多與單片機相關的問題（如下所列），正確理解并回答這些問題，無疑為學好、用好單片機開了個好頭。1.1.1什么是單片機單片機是單片微型計算機的簡稱。圖1-1是常見單片機實物圖，其中包括51系列、stc系列、pic系列和avr系列單片機。說它們是一款計算機，你可能會產生質疑：這也是計算機？從外觀來看，它與我們日常使用的臺式電腦、筆記本電腦大相徑庭，但它們的確是計算機。俗話說：“麻雀雖小，五臟俱全”，一般計算機所擁有的基本結構，例如處理器、存儲器、輸入/輸出等，單片機同樣擁有。之所以稱為單片計算機，是因為它

2、們將處理器、存儲器、輸入/輸出等組件全部集成在一塊芯片上的原因。圖1-1 常見單片機實物圖1.1.2單片機能干什么目前，單片機在工業(yè)控制、智能儀器儀表、消費類電子、軍事、醫(yī)用、網絡通信等領域都有十分廣泛的應用，且其應用領域還在進一步地拓展。1、工業(yè)控制領域：工業(yè)現(xiàn)場實時測控、數(shù)據(jù)采集等；2、智能儀器儀表領域：數(shù)字萬用表、數(shù)字示波器、數(shù)字信號源、數(shù)字頻率計等；3、消費類電子領域：洗衣機、電冰箱、空調、電視機、微波爐、ic卡、電子玩具、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機等；4、軍事領域：飛機、坦克、導彈、魚雷、制導、智能武器等；5、醫(yī)用領域：呼吸機、監(jiān)護儀、超聲診斷、病床呼叫等；6、網絡通信領域：電話機、手機、

3、程控交換機、樓宇自動呼叫、無線通信等?？傊?，單片機的應用已經并將滲透到人類工作和生活的多個領域。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前世界上單片機的年銷售量已超過12億片。1.1.3什么是單片機應用系統(tǒng)單片機應用系統(tǒng)是軟件、硬件相結合的綜合應用系統(tǒng)，軟件和硬件二者缺一不可，如圖1-2所示。圖1-2 單片機應用系統(tǒng)對于硬件，首指就是單片機。單片機種類較多（51，avr，pic，stc等系列），我們選用51系列單片機，圖1-1中就有40個引腳的雙列直插式（pdip40）封裝的51系列單片機。一個單片機應用系統(tǒng)的硬件部分，只有單片機是遠遠不夠的。單片機是必需的，但還需其它外部硬件設備或元件，這些外部硬件設備或元件一般被

4、稱為外部設備，簡稱外設，如圖1-3所示。這些外設器件與單片機一起工作，才能完成或者實現(xiàn)具體功能。 圖1-3 51單片機硬件系統(tǒng)使用的部分常見外設硬件我們暫且放在一邊不談，再說軟件。軟件開發(fā)簡言之就是編寫程序。選用什么語言？用什么軟件？怎樣編寫程序等等問題都將接踵而來，以下我們先簡單說明一下這些問題。選用什么語言？c語言！其實，在單片機軟件系統(tǒng)開發(fā)中，編程語言有兩種：c語言和匯編語言。之所以選用c語言而未選用匯編語言，是由于在編寫單片機程序方面，c語言相比匯編語言有許許多多的優(yōu)勢，在此，我們不再歷數(shù)那些優(yōu)勢具體是什么，總之，就用c語言了！用什么軟件？keil ！這是目前用得最多、最廣泛的單片機c

5、語言軟件開發(fā)環(huán)境。keil有vision2，vision3，vision4等版本，我們選用vision3。怎樣編寫單片機c語言程序？這個問題不是一兩句話能解釋清楚的，但有一個總體的目標，這就是以硬件為前提基礎，準確運用c語言，編寫出結構完整、具有一定功能、能在單片機上實際運行、能實現(xiàn)具體功能的c語言程序。c語言的語法比較少，單片機中用到的c語言語法更少！所以在使用c語言進行單片機編程前，沒有必要將c語言的全部知識系統(tǒng)地學習或復習一遍。以往，要學習單片機，并準備用c編寫程序，一般是先系統(tǒng)地學習c語言，再系統(tǒng)地學習單片機知識，最后將二者結合起來，再學習c語言的單片機開發(fā)應用。現(xiàn)在，我們的思路與以前

6、大不相同，具體做法是，打破傳統(tǒng)的知識體系框架，設計一系列從簡單到復雜的單片機應用開發(fā)項目，將c語言知識、單片機知識融入具體項目中，在具體應用開發(fā)項目的實際工作過程中，學習并掌握基于c語言的單片機應用開發(fā)技術。教學中，針對具體項目，僅對本項目涉及到的c語言知識點、單片機知識點做細化講解，本項目不涉及的知識點暫且不提，以夠用、實用為原則，以解決實際問題為最終目的。在一個個應用項目開發(fā)的實踐和實現(xiàn)過程中，逐步學習和掌握c語言單片機開發(fā)的方法和技巧。在本書后續(xù)章節(jié)中，我們將舉出大量單片機c語言應用開發(fā)的實例，結合這些具體實例，無論你以前學過還是沒有學過c語言、了解不了解單片機知識，都沒有關系，只要緊跟

7、本書的章節(jié)和每一個具體實例，深入研究和學習，相信你一定會掌握單片機c語言開發(fā)的技術，成為單片機應用開發(fā)的高手。1.2 單片機應用系統(tǒng)開發(fā)流程1.2.1單片機應用系統(tǒng)開發(fā)流程概述如圖1-2所示，單片機應用系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，對應地，單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)，也主要包括硬件部分開發(fā)和軟件部分開發(fā)兩大部分。實際工作中，當軟件和硬件開發(fā)工作完成之后，還要將軟件開發(fā)生成的.hex文件下載（俗稱“燒片）到單片機的程序存儲器rom中。由于下載燒片工作一般使用專門的設備（如編程器）來完成，因此操作比較簡單，使用者只要正確操作該設備及相關軟件，都能成功下載燒片，所以在單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)流程中，下載燒片這一

8、開發(fā)環(huán)節(jié)往往被淡化或者忽略不提。本書沿襲慣例，對下載燒片環(huán)節(jié)不做過多說明，有興趣的讀者請參看附錄c或其它資料。此處專門提出這一環(huán)節(jié)，只是希望能引起讀者的注意，不要忘記最后這一環(huán)節(jié)。再說單片機開發(fā)中的軟件和硬件，可以說，硬件是整個應用系統(tǒng)的基礎，而軟件則依賴于系統(tǒng)的硬件。在硬件不再改變的條件下，軟件程序的改變，可以部分改變系統(tǒng)的功能。但從整體而言，單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)，本是一個“軟硬兼施”的過程，軟件和硬件需要互相彌補，密切配合。部分用硬件不能實現(xiàn)或者不便實現(xiàn)的功能，可以考慮用軟件去補充或實現(xiàn)；同樣道理，選擇適當?shù)挠布?，也可以彌補軟件功能上的缺憾或不足，二者相得益彰，互相配合，才能使任務最終實現(xiàn)

9、。就單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)流程而言，硬件和軟件在開發(fā)次序方面，原則上無先后之分，先開發(fā)哪一個都可以，有時候二者還可以同步進行設計和開發(fā)。但考慮到硬件是基礎，所以通常情況下是先開發(fā)硬件，再開發(fā)軟件。對于硬件部分的開發(fā)，簡言之就是設計和加工電子線路板，或者手動焊接電子線路板。具體而言，硬件部分的開發(fā)絕非易事。首先是硬件電路所用元器件種類繁多，特性各異，全部掌握或了解實屬不大可能；再次，硬件電路的設計開發(fā)需要很高的設計技巧，絕非一日之功可以成就。本書作為單片機初學者的入門教材，對后續(xù)各章節(jié)中列舉的各個實例，針對不同的任務要求，直接給出了硬件電路圖，并對部分主要和重要元器件的特性和功能，也做了詳細介紹，

10、方便初學者參考學習并逐漸積累硬件設計的經驗，以便日后能自行設計較復雜的硬件電路。 相對于硬件部分的開發(fā)，軟件部分的開發(fā)則較為靈活。正如前面所述，開發(fā)語言可以選擇匯編語言，也可選擇c語言，還可以是匯編語言和c語言混合編程。我們主要選用的是c語言，開發(fā)環(huán)境則選用keil的vision3。需要特別說明的是，在軟件開發(fā)部分，開發(fā)流程幾乎是固定不變的，如圖1-4所示，主要包括工程建立、源程序編寫和編譯調試三個步驟；軟件開發(fā)的結果是生成擴展名為.hex的文件，該文件被用于下載或者燒片到單片機的程序存儲器rom中，供單片機上電后再讀出來執(zhí)行，從而驅動或者控制外部設備按照預定的要求正常工作。從軟件開發(fā)的流程可

11、見，針對不同的項目任務，編寫的源程序不大相同，其余步驟則基本固定不變。與對硬件開發(fā)的處理思路一樣，本書對于后續(xù)各章節(jié)中列舉的各個實例，針對不同的任務要求，直接給出源程序清單，對主要和重要的功能模塊，給予解釋和說明，供初學者參考學習，而軟件開發(fā)過程中的其它步驟則一概簡化或略去，重點放在功能實現(xiàn)和源程序的編寫上，其它與keil相關的軟件操作則被淡化，只因這些操作和步驟基本上是固定不變的。鑒于以上概述，以下僅就軟件開發(fā)的具體流程做詳細說明。圖1-5是在圖1-4的基礎上，細化其中的三個主要步驟所得單片機軟件開發(fā)流程圖。 圖1-4 軟件開發(fā)流程 圖1-5 細化的軟件開發(fā)流程1.2.2單片機應用系統(tǒng)軟件開

12、發(fā)流程1、工程建立（1）啟動keil vision3軟件假設keil vision3軟件已正確安裝，啟動keil vision3軟件與啟動其它軟件的方法完全相同：單擊并依次選擇【開始】【程序】【keil vision3】，或者直接雙擊桌面上keil vision3的快捷方式圖標，均可啟動keil vision3。啟動過程中，屏幕出現(xiàn)如圖1-6所示啟動界面。啟動界面消失后，keil vision3就進入了如圖1-7所示編輯界面，此時keil vision3軟件已成功啟動。圖1-6 keil vision3啟動界面圖1-7 keil vision3啟動成功后的編輯界面（2）新建工程keil 與現(xiàn)在

13、眾多的軟件開發(fā)環(huán)境一樣，均采用工程或者項目的管理方式來管理文件。一個應用開發(fā)任務就是一個工程或項目。一般地，以開發(fā)任務的名稱為新建的文件夾名，所有與該開發(fā)任務有關的文件都存放在該文件夾中，不同開發(fā)任務的文件夾名一般不相同。下面首先是新建工程。單擊keil vision3的【project】菜單，在展開的下拉菜單中單擊【new project】，如圖1-8所示。在隨后打開的保存新建工程窗口中，選擇新建工程的保存路徑，并為新建的工程命名，最后單擊【保存】按鈕保存該新建的工程。注意，工程的擴展名不用輸入，系統(tǒng)會默認選擇為“.uv2”。此處將工程暫且命名為“l(fā)ed1”，并保存在f盤的文件夾led下。如

14、圖1-9所示。圖1-8 新建工程圖1-9 保存工程（3）選擇單片機型號當單擊圖1-9所示新建工程保存窗口中的【保存】按鈕之后，keil vision3會彈出單片機型號選擇對話窗口，如圖1-10（a）所示。在該對話窗口中，要求用戶選擇該工程準備使用的單片機芯片的型號。此處選擇atmel公司生產、使用最普及的at89c51芯片。具體操作是：在圖1-10（a）左側欄所列眾多廠家中找見“atmel”，單擊“atmel”名稱前的加號“”，展開atmel公司生產的單片機系列產品，如圖1-10（b）所示；接著，在展開的atmel公司生產的單片機系列產品中，單擊選中“at89c51”，如圖1-10（c）所示；

15、最后，單擊【確定】按鈕，芯片型號的選擇完成。此時，keil vision3會彈出如圖1-11所示對話窗口，詢問是否復制并添加標準8051啟動代碼到當前工程，一般單擊選擇【是】即可。圖1-10（a） 選擇51單片機的生產廠家圖1-10（b） 單擊展開atmel公司生產的單片機產品圖1-10（c） 選中atmel公司生產的單片機at89c51圖1-11 是否添加8051啟動代碼到當前工程對話窗口完成以上步驟之后，屏幕重新回到如圖1-12所示編輯界面，圖1-12與圖1-7基本相同，不同之處是左側“工程管理工作臺”中的內容，圖1-7中，“工程管理工作臺”中什么也沒有，而圖1-12中，“工程管理工作臺”

16、中有名為“target 1”的對象，單擊其名稱前面的加號，還可以看到該對象內所包含的文件。圖1-12 已含有“target 1”對象的編輯界面2、源程序編寫新建工程完成之后，以下該進入源程序的編寫環(huán)節(jié)了。（1）新建并保存源程序文件單擊打開keil vision3的【file】菜單，再單擊選擇第一項【new】，或者直接單擊工具欄中“創(chuàng)建一個新文件”快捷圖標，都可以新建一個默認名字為“text 1”的文件。新建之后，i型光標就在“text 1”文件的編輯窗口中閃爍，如圖1-13所示。需要說明的是，默認的文件名也許由于多次新建文件而出現(xiàn)“text n”的字樣，其中n是一整數(shù)，因為馬上要將該文件進行保

17、存或另存為其它名稱的文件，所以原來的文件名是什么都無關緊要。接下來將源文件進行換名保存。單擊【file】菜單中的【save】或者【save as】，也可直接單擊工具欄中的存盤快捷圖標，都可打開如圖1-14（a）所示文件另存為窗口。將其中的原始默認文件名“text 1”更換為“l(fā)ed1.c”。此處特別要提起注意的是，因為我們使用c語言來編寫源程序，所以源程序的命字中，其擴展名必須是“.c”，正如前面提到的，單片機的編程語言除c語言外，還有匯編語言，如果使用匯編語言編寫源程序，則源程序文件名的擴展名就必須是“.asm”。此處，源文件更名為“l(fā)ed1.c”，其中的擴展名“.c”表明這是用c語言編寫的

18、源程序，如圖1-14（b）所示，最后單擊【保存】。單擊【保存】后，源程序文件的名字已經更換，且源程序編輯窗口的標題欄顯示為“f:ledled1.c”字樣。如圖1-15所示。圖1-13 新建源程序文件界面圖1-14（a） 源程序文件更名前界面 圖1-14（b） 源程序文件更名后界面圖1-15 更名保存后的源程序文件界面（2）加載源程序到工程中加載源程序到項目工程是非常重要的一個步驟。未加載源程序之前，該項目工程管理工作臺如圖1-16（a）所示，加載源程序文件之后如圖1-16（b）所示?？梢姡虞d源程序之后，源程序文件led1.c被添加進入了工程管理的工作臺中。 圖1-16（a）加載源程序之前 圖

19、1-16（b）加載源程序之后加載源程序的具體過程如下：在工程管理工作臺中，單擊對象“target 1”前面的加號“”將其展開，右擊文件夾“source group 1”圖標，在彈出如圖1-17所示快捷菜單中，選擇“add files to group source group 1”菜單項。隨后，屏幕彈出選擇源程序文件對話窗口，如圖1-18所示。雙擊圖1-18中文件“l(fā)ed1.c”之后再單擊【close】按鈕，或者單擊圖1-18中文件“l(fā)ed1.c”之后再單擊【add】按鈕，都可將源程序文件“l(fā)ed1.c”加載到工程項目中，結果如圖1-16（b）所示。此過程之所以重要，原因是，如果沒有添加源程序

20、文件，則該工程項目如同一個軀殼或者空的框架，因為沒有包含源程序文件，該工程自然不具有任何功能，即使編譯鏈接等環(huán)節(jié)順利通過，預期的功能也一定不會實現(xiàn)。另一方面，如果給工程項目添加了錯誤的或者多余的源程序文件，在工程的編譯調試環(huán)節(jié)可能就會報錯，即使編譯通過，也不能保證其功能是正確的。如果出現(xiàn)這樣的情況，也不必驚慌，只需將這些錯誤的、或者多余的文件從工程項目中移除即可。具體做法是：在工程管理工作臺中，在準備移除的文件上右擊，在彈出的快捷菜單中選擇“remove file xxx.c”（xxx代表被移除文件的名字）即可。（3）編譯選項設置工程編譯的目的，是將源程序文件經編譯、鏈接，最終生成可以用于下載

21、燒片的.hex文件，其中，.hex是十六進制文件的擴展名。在進行工程的編譯、鏈接之前，首先要對編譯環(huán)境進行必要的設置，設置完成后才可以進行編譯。單擊打開【project】下拉菜單，在展開的下拉菜單項目中，單擊選擇【options for target target 1】，或者直接單擊工具欄中options for target快捷方式圖標，都可以打開編譯選項設置窗口，如圖1-19所示。可以看到，盡管此窗口包含多個用于編譯選項設置的標簽頁，但在一般使用中，只有兩個標簽頁中的部分選項需要設置，其余標簽頁則保持原始默認值即可。這兩個標簽頁就是output和debug標簽頁，如圖1-19中所示。單擊【

22、output】標簽頁，即可打開output（輸出）選項設置窗口。如圖1-20（a）所示。在此窗口中，只須選中“創(chuàng)建.hex文件選項”：在如圖1-20（a）中標注指示的復選框中，單擊打鉤，表明工程編譯之后，輸出或者說生成用于下載燒片的.hex文件。相反，如果此選項沒有打鉤選中，即使工程完全正確，且編譯通過，但不會生成用于下載燒片的.hex文件。因此，如果需要進行程序的下載燒片或仿真調試，則此選項必須要打鉤選中。此選項打鉤選中后如圖1-20（b）所示。圖1-17 添加源程序到工程的快捷菜單圖1-18 選擇源程序文件對話窗口圖1-19 編譯選項設置窗口 圖1-20（a） output選項設置窗口（創(chuàng)

23、建.hex文件選項未選中） 圖1-20（b）創(chuàng)建.hex文件選項選中接下來就該設置debug標簽頁了。單擊如圖1-19中所示【debug】標簽頁，即可打開debug（調試）選項設置窗口，如圖1-21所示。此標簽頁默認的調試工具是simulator。如果使用默認的調試工具，具體調試時，只能從keil vision3軟件的部分調試窗口中觀察數(shù)據(jù)的變化情況，實際的硬件電路是不工作的，自然看不到硬件電路中元器件的實際動作和運作現(xiàn)象，所以一般不選默認調試工具。另外，在調試時，為了讓程序能直接跳轉到主函數(shù)main后再開始繼續(xù)運行，一般都將圖1-21中所示“go till main()前面的復選項打鉤選中。

24、如果不使用默認的調試工具，則可以選定自己熟悉的、手頭上可用的調試工具。選擇如圖1-22所示debug標簽頁右半邊的“use” 單選項（默認調試工具“simulator”與此處的“use”二者只能選擇其一），并從其右側的下拉列表欄中選中自己使用的調試工具。例如，作者一般使用偉福v系列仿真器、proteus vsm simulator、keil monitor-51 等調試工具。同樣，在調試時，為了讓程序直接運行到主函數(shù)main后再開始繼續(xù)運行，圖1-22中所示“go till main()前面的復選項一般也打鉤選中。當以上兩項設置結束之后，單擊【確定】按鈕，保存此選項設置。需要說明的是，對于一個

25、工程，此編譯調試選項設置只需做一次；新建了新的工程后，此編譯調試選項需重新設置一次，并且每次設置幾乎完全相同。圖1-21 默認調試工具選項設置 圖1-22 自定義調試工具選項設置（4）編輯源程序接下來就該編寫源程序文件了，源程序文件在源程序編輯窗口中編輯輸入。假定源程序文件如下：#include sbit led0=p20;main()led0=0;在編輯輸入或修改源程序期間，編輯窗口標題欄顯示為“f:ledled1.c*”，其中，文件名后面緊跟一個星號“*”，星號表明此源文件正處于編輯未保存狀態(tài)。無論在任何時候，都可通過單擊工具欄中的保存快捷圖標（打開【file】菜單后選擇保存也一樣）保存源

26、程序文件，此時，標題欄中文件名后的星號就會消失，表明文件已保存。在編輯輸入上述源程序并保存之后，源程序的編輯即已完成。注意，在編輯或者修改完源程序之后，一定要保存源程序，這樣做的意義是，能保證編譯及生成的.hex文件是編輯或修改后的源程序生成的，而非編輯或修改前源程序編譯生成的。另外，此處不用急于弄清楚這個源程序的具體功能，讀者只需按照原樣編輯輸入即可，因為現(xiàn)在的重點是掌握使用keil vision3軟件來生成單片機下載（燒片）所需文件的具體流程，重點不在源程序是什么具體功能。相反，在后續(xù)章節(jié)中，結合多個具體的實例，分析源程序的功能，甚至每一條語句的功能，自然成為了重點。3、編譯調試接下來該對

27、工程進行編譯和調試了，編譯和調試的目標就是生成可用于下載燒片的.hex文件。對于軟件程序開發(fā)而言，編譯調試與源程序的編輯修改是一個循環(huán)往復的過程，一般是經歷編輯編譯再編譯再修改這樣一個循環(huán)往復的過程，直至編譯成功、預期的功能完全實現(xiàn)為止。在keil vision3的工具欄中，有三個編譯快捷方式圖標和一個調試快捷方式圖標，如圖1-23中標注所示。圖1-23 編譯和調試快捷圖標從字面理解，編譯當前，就是對當前正在操作的文件進行編譯；全部編譯就是將該工程中所有文件全部重新編譯，而編譯則是僅將本次修改過的文件進行編譯，沒有修改或變動的文件不編譯。實際使用中，為了防止疏漏，一般選擇全部編譯者居多。對于調

28、試，單擊圖1-23所示調試快捷方式圖標，可使工程進入調試狀態(tài)。此時，keil vision3的工具欄出現(xiàn)如圖1-24所示調試工具欄。運用這些調試工具，可以監(jiān)控和調試程序的每一條語句及其執(zhí)行結果的每一個細節(jié)。圖1-24 調試工具欄介紹了編譯和調試工具之后，下面僅就如何編譯做具體說明，有關調試的相關細節(jié)，請讀者參閱附錄b和第2章部分內容，亦可參閱其它書籍或資料，也可自己通過實踐去掌握。現(xiàn)在，源程序已經編輯完成，并且已被加載到工程中，相關的編譯調試選項也已設置完畢，下面就開始工程的編譯了。單擊圖1-23中所示全部編譯快捷圖標，工程開始編譯。編譯結束后，編譯信息就出現(xiàn)在信息輸出窗口中，如圖1-25所示

29、。此處的編譯信息表明，該工程編譯是成功的，生成了.hex文件：led1.hex，編譯時沒有出現(xiàn)錯誤，也沒有出現(xiàn)警告（“0 error(s), 0 warning(s).”）。此時，若查驗存放該工程的文件夾，就會發(fā)現(xiàn)，與該工程同名、擴展名為.hex的文件在該文件夾中存在，該文件就是本工程編譯生成的、用于下載燒片的文件led1.hex。圖1-25 信息輸出窗口中的編譯信息如果源程序文件有錯誤，在工程編譯時，就會在信息輸出窗口中顯示錯誤的位置所在和錯誤、警告的個數(shù)。在信息輸出窗口中，通過在提示出現(xiàn)錯誤的信息行文字上雙擊，鼠標的光標就會定位在源程序中出現(xiàn)錯誤的位置附近，依據(jù)錯誤提示信息，找出錯誤所在并

30、修改，修改完成后要注意保存源程序。保存修改后的源程序之后，再進行編譯，直到工程沒有錯誤（警告可以忽略），并且生成正確的.hex文件為止。有關編譯時常見的錯誤信息及其含義請參閱附錄b。至此，軟件開發(fā)過程結束。通過軟件開發(fā)，最終生成了下載燒片所需要的.hex文件。后續(xù)的工作就是通過編程器或者下載器，將該.hex文件下載或者燒片到單片機的程序存儲器中，然后給硬件電路上電，讓單片機與其外部的硬件設備一起工作，完成預定的各項任務功能。下載和燒片的相關內容可參閱附錄c。1.3 mcs-51單片機主要引腳介紹51系列單片機中，雙列直插、40只引腳單片機的實物圖和引腳原理圖如圖1-26（a）和1-26（b）所

31、示。 圖1-26（a）dip40引腳51單片機實物圖 圖1-26（b）dip40引腳51單片機引腳原理圖觀察51單片機芯片實物，可以發(fā)現(xiàn)其正面頂端中央有一個直徑約2.5毫米的半圓形凹坑，凹坑左側、引腳旁邊有一引腳起始標記。對于起始標記，一般用一個小三角形作為標記，也有用一個小圓點和指向小圓點的三角形箭頭共同作為標記的。無論用什么做起始標記都不大重要，重要的是這個標記左側的第一個引腳就是該芯片的第一只引腳，即引腳1。然后沿逆時針方向，引腳號依次為2，3，4，40，共計40只引腳。在芯片上印有起始引腳標記，不是單片機芯片特有的，幾乎所有的芯片都有此標記，依據(jù)此標記，可以找到起始引腳1，沿逆時針方向

32、，其它引腳自然能夠找到。芯片引腳在硬件電路的設計和焊接過程中非常重要。如果一個單片機系統(tǒng)的硬件部分出現(xiàn)引腳的連接錯誤或其它類似問題，這個系統(tǒng)自然不會正常工作，也不可能得到預期的功能和結果。在能清楚地找到和區(qū)別51單片機的40只引腳后，下面就這40只引腳做較為細致的說明。51單片機的40只引腳，可以分成三類：、電源和時鐘引腳：vcc，gnd，xtal2，xtal1；、i/o口引腳：p0口，p1口，p2口，p3口，每一個口有8只引腳；、編程和控制引腳：rst，ale，psen，ea；vcc（40腳）：是電源端，一般接5v10%電源。gnd（20腳）：接地端。xtal2（18腳）和xtal1（19腳

33、）：外接時鐘引腳。當單片機使用內部振蕩電路時，此二腳之間連接石英晶體（晶振）和振蕩電容。常用晶振的頻率有6mhz，12mhz，11.0592mhz，24mhz，一般選12 mhz者居多。如果是串行通信，則選11.0592mhz為最佳。振蕩電容一般選無極性電容，容量在30 pf左右均可。p0口（39腳32腳）：p0口是一個漏極開路8位準雙向三態(tài)口，由于內部沒有上拉電阻，故呈高阻態(tài)，因而不能正常輸出高或者低電平，在使用時要外接上拉電阻，一般取4.7k或5.1k均可。p0口的8個位分別是p0.0，p0.1，p0.2，p0.7，且每一個位可以單獨控制。p1口（1腳8腳）：p1口是一個內部有上拉電阻的8

34、位準雙向i/o口。由于輸入不能鎖存，輸出沒有高阻態(tài)，所以不是真正的雙向i/o口，姑且稱之為“準”雙向i/o口。p1口在輸出時沒有什么特殊要求，但在輸入時，必須先置1，即先向口寫入高電平1，然后外部的高或者低電平才能被單片機準確地“讀”取。p1口的8個位分別是p1.0，p1.1，p1.2，p1.7，且每一個位可以單獨控制。p2口（21腳28腳）：p2口也是一個內部有上拉電阻的8位準雙向i/o口。其特點與p1口完全相同，輸入時也必須先置1。p2口的8個位分別是p2.0，p2.1，p2.2，p2.7，且每一個位可以單獨控制。p3口（10腳17腳）：p3口也是一個內部有上拉電阻的8位準雙向i/o口，但

35、它具有第二功能。p3口的第一功能就是用作一般i/o口，此時，它與p1口和p2口完全一樣。用作第二功能時，p3口的8個引腳分別具有不同的功能，具體如表1-1所示。p3口的8個位分別是p3.0，p3.1，p3.2，p3.7，且每一個位可以單獨控制。需要特殊說明的是，p3大多使用其第二功能。表1-1 p3口第二功能列表引腳序號引腳名1引腳名2第二功能描述10p3.0rxd串行輸入（數(shù)據(jù)接收）引腳11p3.1txd串行輸出（數(shù)據(jù)發(fā)送）引腳12p3.2外部中斷0輸入引腳13p3.3外部中斷1輸入引腳14p3.4t0定時器0外部輸入引腳15p3.5t1定時器1外部輸入引腳16p3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信

36、號輸出引腳17p3.7外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸入引腳rst（9腳）：單片機復位引腳。在單片機電源上電接通的情況下，從該腳向單片機輸入連續(xù)兩個以上機器周期（12mhz晶振時，約2s）的高電平，就可以使單片機復位，即讓單片機從程序存儲器（rom）的0000h地址處開始（h代表16進制），重新執(zhí)行程序。ale（30腳）：地址鎖存信號輸出端。此引腳的功能有三。一是當單片機在訪問擴展的片外存儲器時，該引腳上出現(xiàn)的下降沿（高電平到低電平）信號，用于將p0口上的地址信號送入鎖存器（例如74hc573或373）鎖存起來，從而實現(xiàn)p0口上輸出的地址信息和數(shù)據(jù)信息的隔離；二是該引腳在沒有訪問擴展的片外存儲器時，

37、其上固定輸出1/6晶振頻率的時鐘信號，例如，當外接晶振12mhz時，ale引腳將固定輸出2mhz的時鐘信號，此信號可作為其它相關外部器件的時鐘信號使用；三是在燒片（程序下載）時要用到此引腳，目前燒片工作有專門的設備（編程器）來完成，開發(fā)者對該引腳不用做任何額外的電路設計或操作，此功能可以不予關注。psen（29腳）：片外程序存儲器輸出允許控制端，低電平有效。目前所用單片機的程序存儲器空間已經足夠大，中小型應用開發(fā)一般不需要外接片外程序存儲器，所以此引腳也暫且不用關注。ea（31腳）：內部和外部程序存儲器選擇端。當單片機內部沒有程序存儲器時，必須要在單片機的外部擴展掛接程序存儲器，此時，該引腳必

38、須接低電平（接地）。目前所使用的單片機內部都有程序存儲器，且容量足夠大，故該引腳應接高電平（接+5v電源）?？紤]到51單片機在復位以后，所有懸空未接的引腳都呈現(xiàn)高電平，所以此引腳可以懸空不接。若想保證該引腳上是穩(wěn)定可靠的高電平，也可以直接將其與+5v電源正極連接。至此，51單片機的40只引腳已經一一列舉，可以看到，具有固定硬件連接的引腳有電源和時鐘引腳、復位引腳：vcc，gnd，xtal2，xtal1和rst，共計5個。ale，psen，ea三只引腳幾乎不用，特別是ea和psen兩只引腳，暫時可以不予關注。剩余32只引腳，分屬4個i/o口，p0，p1，p2，p3，它們是單片機應用系統(tǒng)中，單片機

39、與外界聯(lián)系的通道，自然是以后學習的重點。1.4 晶振電路和復位電路單片機的晶振電路和復位電路，對于任何一個基于單片機的應用系統(tǒng)都是必不可少的，并且該電路具有典型性和通用性。只要是基于51單片機的應用系統(tǒng)，其晶振電路和復位電路幾乎完全相同，所以我們直接給出電路圖，讀者只要依據(jù)此電路圖的要求，選取相關元器件，正確焊接，就可以完成51單片機應用系統(tǒng)的晶振電路和復位電路。圖1-27給出晶振和復位電路中用到的瓷片電容、電解電容、晶振、按鈕和電阻的實物圖片及其典型參數(shù)。圖1-27 單片機晶振及復位電路使用元件圖片及參數(shù)瓷片電容無正負極之分，晶振和復位電路中，需要兩片電容值相同的瓷片電容，其典型參數(shù)是30p

40、f；電解電容有正負極之分，具體焊接時應注意區(qū)分正負極，引腳相對較長的為正極，引腳相對較短的為負極，如圖1-27中引腳端頭正負號（，）所示，其典型參數(shù)值為10f；對于晶振，兩根引腳無正負極之分，常用晶振的晶振頻率有6mhz、11.0592mhz、12mhz、24mhz等，圖1-27所示標有參數(shù)“12.000”的晶振就是12mhz晶振；圖中1-27所示按鈕有四個引腳，但是引腳是兩兩短路接通的，具體哪兩個腳短路接通，用萬用表簡單測量便知；51單片機的晶振和復位電路中使用的電阻是阻值為10k的色環(huán)電阻，如果不熟悉色環(huán)電阻的標稱值讀法也沒有關系，用萬用表的歐姆檔直接測量即知其阻值大小。1.4.1 晶振電

41、路為什么單片機要接晶振電路？簡言之，單片機應用開發(fā)電路屬于時序電路范疇，沒有晶振就無法產生時序電路所必需的時鐘信號，單片機就無法按照時鐘信號提供的時序，一步步地執(zhí)行程序代碼，自然無法正常工作，所以必須要接晶振電路。1.4.2 復位電路單片機為什么要復位？單片機的復位如同電腦的重新啟動一樣。單片機一旦復位，便重新從程序存儲器（rom）的0000h地址處開始，逐條取出并執(zhí)行已經“燒”錄在單片機內部程序存儲器中的每一條指令，這些指令屬于單片機應用系統(tǒng)的軟件部分，也就是先前我們編寫的具有一定功能的程序。單片機的復位電路有上電復位和按鈕復位兩類。上電復位是單片機電源上電，單片機就復位，復位后就開始工作；

42、另一類是按鈕復位，通過按下按鈕，使單片機的第9腳rst上，有連續(xù)兩個以上機器周期（一般約2s）的高電平輸入到單片機，就可使單片機復位。而人的手指迅速按一下按鈕（按下并松開）的時間至少在ms級別，遠遠大于單片機復位所要求的微秒級復位時間，所以按鈕按下一次的這段時間完全可以使單片機復位。常見的通用晶振和復位電路如圖1-28所示。注意，圖中的供電電源是+5v直流電源，vcc接+5v直流電源的正極，接地端接+5v直流電源的負極。圖1-28 單片機晶振和復位電路1.5 電平數(shù)字電路中的電平有兩種：高電平和低電平，高電平一般用邏輯1表示，低電平一般用邏輯0表示。那么，電壓多高就算作是高電平，電壓多低就屬于

43、低電平呢？簡單說，+5v電壓是高電平，0v是低電平，這種說法是針對最常見的ttl電平而言的，除ttl電平以外，常見的還有cmos電平等等，且電平的高低判定不是以一個數(shù)值點為依據(jù)，相反，電平高低是一個范圍。例如，對于ttl電平，5v是高電平，4.9v，4.8v也是高電平；0v屬于低電平，0.5v也是低電平?？梢?，高電平是一個范圍，處于這個范圍的電平都可以認為是高電平，用邏輯1表示；低電平也是一個范圍，處于這個范圍的電平都可以認為是低電平，用邏輯0表示。表1-2以最常見的5v ttl和5v cmos電平為對象，說明其高低電平的范圍。表1-2 ttl電平和cmos電平范圍名稱含義ttlcmos （5

44、v電源）vohmin輸出高電平的下限2.4v4.99vvolmax輸出低電平的上限0.4v0.01vvihmin輸入高電平的下限2.0v3.5vvilmax輸入低電平的上限0.8v1.5v可見，對于ttl電平，輸出電壓只要大于2.4v，都可認為是高電平；輸出電壓低于0.4v，都可認為是低電平。輸入時，輸入電壓大于2v，就可認為是高電平；輸入電壓低于0.8v，即可認為輸入的是低電平。需要注意的是：當輸出電壓處于0.4v，2.4v區(qū)間時，即電平不高也不低，電平高低不能確定，屬邏輯混亂。輸入電壓在0.8v，2.0v區(qū)間，電平高低也不能確定，同樣屬邏輯混亂。對于cmos電平，輸出電壓只要大于4.99v

45、，都可認為是高電平；輸出電壓低于0.01v，都可認為是低電平。當輸入時，輸入電壓大于3.5v，就可認為是高電平；輸入電壓低于1.5v，即可認為輸入的是低電平。51單片機系統(tǒng)屬于數(shù)字電路系統(tǒng)，與其相關的電平大多是ttl和cmos電平。1.6數(shù)制及其轉換在單片機應用系統(tǒng)中，常用的數(shù)制有十進制、二進制和十六進制。十進制數(shù)是我們最熟悉的一種數(shù)制，有0,1,2,3,4,5,6,7,8,9共十個元素，計數(shù)規(guī)則是：逢十進一，借一當十；類似的，二進制就只有兩個元素：0和1，計數(shù)規(guī)則是：逢二進一，借一當二。例如：0+1=1,1+0=1，而1+1=10，此處10讀作“一零”或者“幺零”，不讀“十”，原因它不是十進

46、制，而是二進制，并且二進制數(shù)10就等于十進制數(shù)2。對于十六進制，自然就有16個元素，即0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，a，b，c，d，e，f。其中的a代表十進制數(shù)10，b代表十進制數(shù)11，c代表十進制數(shù)12，d代表十進制數(shù)13，e代表十進制數(shù)14，f代表十進制數(shù)15。計數(shù)規(guī)則：逢十六進一，借一當十六。十進制數(shù)015對應的二進制、十六進制數(shù)如表1-3所示。表1-3 十進制數(shù)015對應的二進制和十六進制數(shù) 十進制二進制十六進制十進制二進制十六進制0008100081119100192102101010a3113111011b41004121100c51015131101d611061411

47、10e71117151111f在單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程中，可以借助電腦windows中自帶的計算器，方便地實現(xiàn)數(shù)制的轉換或變換。計算器在windows系統(tǒng)的附件里，通過路徑【開始】【程序】【附件】【計算器】就可以打開。默認狀態(tài)下的計算器是標準型的，如圖1-29所示，可以通過其【查看】菜單，選擇【科學型】，即可打開如圖1-30所示科學型計算器窗口界面，在其中就可方便地進行各類數(shù)制的相互轉換及常規(guī)運算了。 圖1-29 標準型計算器窗口界面 圖1-30 科學型計算器窗口界面 1.7單片機c語言基礎1.7.1單片機c語言數(shù)據(jù)類型在c語言數(shù)據(jù)類型的基礎上，增加“位類型”，就構成了單片機c語言的數(shù)據(jù)類型

48、，圖1-31所示為單片機c語言數(shù)據(jù)類型分類圖。表1-4為單片機c語言中常用數(shù)據(jù)類型名稱、長度及取值范圍。圖1-31 單片機c語言基本數(shù)據(jù)類型分類表1-4 單片機c語言基本數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型長度取值范圍類型類型名bit（位）數(shù)byte（字節(jié)）數(shù)位型位變量bit10，1字符型無符號字符型unsigned char810255（有符號）字符型(signed) char81127128整型無符號整型unsigned int162065535（有符號）整型int1623276832767長整型無符號長整型unsigned long32402321（有符號）長整型long324231（2311）浮點型單精度

49、浮點型float3243.410383.41038雙精度浮點型double6481.7103081.7103081.7.2 單片機c語言中的常量和變量1、常量和符號常量 在程序運行過程中，其值不發(fā)生變化的量稱為常量。依據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同，常量可分為不同類型。例如：a、m為字符常量；27、0、2為整型常量；3.14、2.34567為浮點型常量。 （1）整型常量 整型常量就是整型常數(shù)。在單片機c語言中，十進制和十六進制表示形式最為常見。例如：27、0、2為十進制整型常量；0x25、0xcf、0x3ef5為十六進制常量。需要注意的是：十六進制常量必須以0x（數(shù)字零和小寫字母x）打頭。（2）浮點型常量浮

50、點型數(shù)據(jù)就是我們熟知的實數(shù)，浮點型常數(shù)就是實數(shù)常量。在c語言中一般有小數(shù)和指數(shù)兩種表示方式。例如：3.14、2.34567為小數(shù)形式的浮點型常量；3.14e2、2.34567e3為指數(shù)形式的浮點型常量。其中3.14e2相當于3.14102，而2.34567e3相當于2.34567103。（3）字符型常量在c語言中，字符常量是指用單撇號括（或引）起來的一個字符。例如：a、a、!、6為字符型常量，需要注意的是：a和a是兩個不同的字符常量，數(shù)字09用單撇號括起來也是字符常量，另外，單撇號是英文格式下的單撇號。字符常量的值是該字符相應的ascii代碼的值（參見附錄a）。例如，a的ascii值為十進制數(shù)

51、65（十六進制的0x41）；a的ascii值為十進制數(shù)97（十六進制的0x61）；字符常量6的ascii碼值不是十進制數(shù)6，而是十進制數(shù)54。小技巧：字符常量0的ascii值是十進制數(shù)48，加上數(shù)值6是54，剛好就是字符常量6的ascii碼值，所以字符常量6也可以用0+6表示。據(jù)此有結論：某個數(shù)字(09)對應的ascii值，可以用字符常量0加上該數(shù)字得到。 （4）字符串常量 c語言中的字符串是由一對雙撇號括（或引）起來的字符序列。例如：”how are you?”、”china”、”a”、”123.456”都是字符串常量。注意：a和”a”是有本質的差別：a是字符常量，而”a”是字符串常量，a在

52、計算機內存中占一個字節(jié)的存儲空間，而”a”則占兩個字節(jié)的存儲空間（字符串結束標志“0”占一個字節(jié)）。2、變量變量是在程序運行期間，其值可以改變的量。就本質而言，變量代表內存中的一個存儲單元，該存儲單元可以用來存放數(shù)據(jù)，存放的數(shù)據(jù)就是該變量的值，而存儲單元的編號則稱為地址。任意一個變量都有兩個基本屬性變量值和變量名，變量名就是變量的名字，又稱為變量的標識符，只有擁有名字的變量才方便被引用。（1）標識符和變量名c語言中，給變量、符號常量、函數(shù)、數(shù)組、數(shù)據(jù)類型等對象命名的名字統(tǒng)稱為標識符。c語言規(guī)定，標識符只能由字母、數(shù)字和下劃線（“_”是下劃線，“”是減號）3種字符組成，且第一個字符必須為字母或下

53、劃線，即數(shù)字不能打頭。變量名就是給變量起的名字，它是一種標識符，理應遵守有關標識符的要求和規(guī)定。同時，在給變量起名或命名時，還應盡量做到“見名知意”，即選取有含義的英文單詞（或其縮寫）做變量名。對于c語言本身已經使用的專用名稱（稱為關鍵字），在給變量起名時應該避免使用。（2）變量的聲明或定義c語言規(guī)定，所有的變量在引用或使用之前必須要先進行聲明或是定義，即要求變量是“先定義，后使用”。聲明或定義變量的一般形式是：類型名變量序列；其中的表示空格，言下之意，類型名和變量序列之間至少要有一個空格；常見的類型名如表1-4中所列；變量序列的意思是，類型名后面可以是一個變量名，也可以是同類型的多個變量名，

54、多個變量名之間用逗號（,）分隔開；變量序列的最后是分號（;），表示這條語句結束（分號是c語言語句的結束符）。例如：聲明定義2個變量i和j為無符號整型變量： unsigned int i,j; 聲明定義2個變量ch1和ch2為字符型變量： char ch1,ch2;（3）給變量賦初值變量最初的值叫初始值，給變量一個初始值稱為“賦初值”?？梢栽谧兞柯暶鞫x之后對其賦初值，也可以在聲明定義的同時賦初值。例1：先聲明定義2個變量i和j為無符號整型變量，再給i賦初值12，給j賦初值65535：unsigned int i,j;i=12;j=65535;例2：聲明定義2個變量i和j為無符號整型變量，同時給

55、i賦初值12，給j賦初值65535：unsigned int i=12,j=65535;1.7.3 c語言的運算符單片機c語言的運算符主要有算術運算符、關系運算符、邏輯運算符、賦值運算符、指針運算符和位運算符等，如表1-5所列。表1-5 單片機c語言常用運算符運算符范例說明舉例算數(shù)運算符+a+ba變量值加上b變量值a=5,b=3時，a+b的值為8-a-ba變量值減去b變量值a=5,b=3時，a-b的值為2*a*ba變量值乘以b變量值a=5,b=3時，a*b的值為15a/ba變量值除以b變量值a=5,b=2時，a/b的值為21%a%b對整型變量a以整型變量b為模求余 a=5,b=3時，a%b的值為2關系