電子設計大賽系列培訓------單片機和C語言

1第一講單片機入門本將主要內容：1、學單片機需要什么基礎2、什么是單片機、單片機能做什么、怎么開始學習單片機。3、學單片機需要的一些預備知識4、51單片機基礎知識。5、如何用單片機學習板在短時間內掌握51單片機和C語言編程。6、KEIL工程建立詳細介紹及KEIL軟件使用方法7、從點亮實驗板上的一個發光二極管開始21、與以前所學的知識關聯很少；2、只需要掌握很基本的數電模電知識，如二進制、十進制、十六進制之間的轉換，與、或、非邏輯關系等；3、對各種器件的概念基本上是從0開始；4、如果要用C語言編程，需具備簡單的C語言基礎；一、學單片機需要什么基礎？3什么是單片機？◆單片機在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、I/O接口電路，從而構成了單芯片微型計算機，即單片機。Intel公司推出了MCS-51系列單片機：集成8位CPU、4K字節ROM、128字節RAM、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數器。尋址范圍64K，并有控制功能較強的布爾處理器。二、什么是單片機、單片機能做什么、怎么開始學習單片機。4單片機能做什么凡是與控制或簡單計算有關的電子設備都可以用單片機來實現，再根據具體實際情況選擇不同性能的單片機，如：atmel,stc,pic,avr,凌陽，80C51，arm等5工業自動化：數據采集、測控技術。智能儀器儀表：數字示波器、數字信號源、數字萬用表、感應電流表等。消費類電子產品：洗衣機、電冰箱、空調機、電視機、微波爐、手機、IC卡、汽車電子設備等。通訊方面：調制解調器、程控交換技術、手機、小靈通等。武器裝備：飛機、軍艦、坦克、導彈、航天飛機、魚雷制導、智能武器等。等等…..6怎么開始學習？1、實踐第一。2、即缺什么補什么（補充必要的理論知識）。3、做實際小制作積累經驗，比如調試、編程。（可在網絡上搜集題目，也可自己有什么想法大膽的去試驗）7三、預備知識1、電平特性2、2進制與16進制的表示及轉換3、二進制數的邏輯運算4、8051單片機介紹5、C51基礎知識81、關于電平特性（1）數字電路中只有兩種電平：高和低（2）（本課程中）定義單片機為TTL電平：高+5V低0V（3）RS232電平：計算機的串口 高-12V低+12V

所以計算機與單片機之間通訊時需要加電平轉換芯片max232（實驗板上左下角）。92、二進制數字電路中的兩種電平特性00611011 7 111 210 8 1000311 9 10014100 10 10105101 11101110十六進制

（1）十進制中的0-15分別表示為十六進制的0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F

（2）熟練掌握二進制與十六進制之間的轉換。規律：一般把四個二進制數放在一起轉換成一個十六進制數，轉換時先把二進制數轉換成十進制數，再把十進制數轉換成十六進制數。11如：0001B->1->1HB表示為二進制，H為十六進制

1001B->9->9H1010B->10->AH00101100->44->2CH12

各種進位制的對應關系

十進制二進制十六進制十進制二進制十六進制000910019111101010A2102111011B3113121100C41004131101D51015141110E61106151111F7111716100001081000813

3、二進制數的邏輯運算

（1）“與”運算“與”運算是實現“必須都有,否則就沒有”這種邏輯關系的一種運算。運算符為“·”,其運算規則如下:0·0=0,0·1=1·0=0,1·1=1

14（2）“或”運算“或”運算是實現“只要其中之一有,就有”這種邏輯關系的一種運算,其運算符為“+”。“或”運算規則如下:0+0=0,0+1=1+0=1,1+1=115（3）“非”運算“非”運算是實現“求反”這種邏輯的一種運算，如變量A的“非”運算記作。其運算規則如下:

A16（4）“異或”運算“異或”運算是實現“必須不同,否則就沒有”這種邏輯的一種運算,運算符為“”。其運算規則是:

17四、80C51系列介紹

﹡

Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；

﹡ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；

﹡

Philips、華邦、Dallas、STC等公司的許多產品。

80C51是MCS-51系列中的一個典型品種；其它廠商以8051為基核開發出的CMOS工藝單片機產品統稱為80C51系列。當前常用的80C51系列單片機主要產品有：1880C51的引腳封裝總線型非總線型1920總線（BUS）是計算機各部件之間傳送信息的公共通道。微機中有內部總線和外部總線兩類。內部總線是CPU內部之間的連線。外部總線是指CPU與其它部件之間的連線。外部總線有三種:數據總線DB（DataBus）,地址總線

AB（AddressBus）和控制總線

CB（ControlBus）。21CPU：由運算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫的數據，如運算的中間結果、最終結果以及欲顯示的數據；ROM：用以存放程序、一些原始數據和表格；I/O口：四個8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出；T/C：兩個定時/記數器，既可以工作在定時模式，也可以工作在記數模式；22五個中斷源的中斷控制系統；

一個全雙工UART（通用異步接收發送器）的串行I/O口，用于實現單片機之間或單片機與微機之間的串行通信；片內振蕩器和時鐘產生電路，石英晶體和微調電容需要外接。最高振蕩頻率取決于單片機型號及性能。23五、C51知識

C語言是一種編譯型程序設計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。目前，使用C語言進行程序設計已經成為軟件開發的一個主流。用C語言開發系統可以大大縮短開發周期，明顯增強程序的可讀性，便于改進、擴充和移植。而針對8051的C語言日趨成熟，成為了專業化的實用高級語言。24

C語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，很多硬件開發都用C語言編程，如：各種單片機、DSP、ARM等.C語言程序本身不依賴于機器硬件系統，基本上不作修改就可將程序從不同的單片機中移植過來。

C提供了很多數學函數并支持浮點運算，開發效率高，故可縮短開發時間，增加程序可讀性和可維護性。

C-51的特點25C-51與ASM-51（匯編）相比，有如下優點：1.

對單片機的指令系統不要求了解，僅要求對8051的存貯器結構有初步了解；2.

寄存器分配、不同存貯器的尋址及數據類型等細節可由編譯器管理；3.

程序有規范的結構，可分成不同的函數，這種方式可使程序結構化；4.

提供的庫包含許多標準子程序，具有較強的數據處理能力；5.

由于具有方便的模塊化編程技術，使已編好程序可容易地移植；26C－51的數據類型基本數據類型類型符號關鍵字數的表示范圍所占位數整型字符型實型有無(signed)int16-32768~32767(signed)short16-32768~32767(signed)long32-2147483648~214748364716unsignedint0~65535320~4294967295unsignedlongintunsignedshortint160~65535有float323.4e-38~3.4e38有double641.7e-308~1.7e308有char8-128~127無unsignedchar80~25527C語言中的基本數據類型類型符號關鍵字數的表示范圍所占位數整型字符型實型有無(signed)int16-32768~32767(signed)short16-32768~32767(signed)long32-2147483648~214748364716unsignedint0~65535320~4294967295unsignedlongintunsignedshortint160~65535有float323.4e-38~3.4e38有double641.7e-308~1.7e308有char8-128~127無unsignedchar80~25528C－51的數據類型擴充定義sfr:特殊功能寄存器聲明sfr16:sfr的16位數據聲明sbit:特殊功能位聲明bit:位變量聲明例：sfrSCON=0X98;sfr16T2=0xCC;

sbitOV=PSW^2;29例：數據類型變量名charvar1;bitflags;unsignedcharvextor[10];int

wwww;注意：變量名不能用C語言中的關鍵字表示。C-51數據的存儲類型30C-51的包含的頭文件通常有:reg51.hreg52.hmath.hctype.h

stdio.h

stdlib.h

absacc.h常用有:reg51.hreg52.h

（定義特殊功能寄存器和位寄存器）；

math.h

（定義常用數學運算）；

31與C語言基本相同：+-*/

（加減乘除）>>=<<=

（大于大于等于小于小于等于）==!=

（等于不等于）&&||!

（邏輯與邏輯或邏輯非）>><<

（位右移位左移）&|(按位與按位或)^~(按位異或按位取反)C-51的運算符32

C-51的基本語句與標準C語言基本相同：

if選擇語言

while循環語言

for循環語言

switch/case多分支選擇語言

do-while循環語言33中斷服務程序函數名（）interruptn

usingm{

函數內部實現….}I/O口定義sbitbeep=P2^3;34單片機主要掌握以下幾點最小系統能夠運行起來的必要條件。

1.電源2.晶振3.復位電路對單片機任意IO口的隨意操作

1.輸出控制電平高低2.輸出檢測電平高低。定時器：重點掌握最常用的方式2中斷：外部中斷、定時器中斷、串口中斷串口通信：單片機之間、單片機與計算機間35六、KEIL的使用1、掌握KEIL工程的建立和軟件的開發；2、掌握KEIL中軟件仿真的基本應用；3、掌握用KEIL直接硬件仿真s51/52單片機學習板的方法36Main函數

格式：voidmain()

特點：無返回值，無參。

任何一個C程序有且僅有一個main函數，它是整個程序開始執行的入口。

例：voidmain()

{

總程序從這里開始執行;

其他語句；

}37第二部分381、復位電路及其原理2、蜂鳴器電路3、晶振電路4、位操作和總線操作5、流水燈6、函數的調用7、常用元器件識別39復位電路及其原理40蜂鳴器電路41晶振電路42常用電子元器件識別：1、電阻（排阻）色環電阻分為4色環和5色環，4色環就是用4種顏色來表示阻值，5色環就是用5種顏色來表示阻值4色環：每種顏色代表不同的數字，如下：棕1紅2橙3黃4綠5藍6紫7灰8白9黑0，金、銀表示誤差第一條色環：阻值的第一位數字第二條色環：阻值的第二位數字第三條色環：10的冪數第四條色環：誤差表示。例如：電阻色環：棕綠紅金，第一位是1，第二位是5，第三位是10的冪數2，即為100，第四位是誤差為5%，即阻值為：15*100=1500歐=1.5K歐43精確度更高的5色環：第一條色環：阻值的第一位數字第二條色環，阻值的第二位數字第三條色環，阻值的第三位數字第四條色環，10的冪數第五條色環，誤差（常見為棕色，誤差為1%）有些五色環電阻兩頭金屬帽上都有色環，遠離相對集中的四道色環的那道色環表示誤差，是第五條色環，與之對應的另一頭金屬帽上的是第一道色環，讀數時從它讀起，之后的第二道、第三道色環是次高位、次次高位，第四道環表示10的多少次方，例如某電阻色環電阻順序為：紅(2)-黑(0)-黑(0)-黑-棕，則它表示該電阻阻值為：200Ω。再如棕-黑-黑-紅-棕，表示該電阻阻值為：10KΩ。可見，四色環電阻誤差為5-10%，五色環常為1%，精度提高。442、三極管

最常見的小的，半圓有一平面的那種，平面對著自己管腳朝下，從左到右依次是EBC，不過也有特殊的情況，圖上已顯示，不過大多數都是采用這種排列方式，比如9011.9012.9013.9014。

根據三極管的型號，到網上下載該型號三極管的pdf文檔，對照文檔中提供的三極管外觀圖片和手頭實物，直接確定管腳。大功率金屬封裝的三極管經常采用這種方法確定管腳453、電容1）電解電容：多數在1μF以上，直接用數字表示。如：4.7μF、100μF、220μF等等。這種電容的兩極有正負之分，長腳是正極。2）瓷片電容：多數在1μF以下，直接用數字表示。如：10、22、0.047、0.1等等，這里要注意的是單位。凡用整數表示的，單位默認pF；凡用小數表示的，單位默認μF。如以上例子中，分別是10P、22P、0.047μF、220μF等。

現在國際上流行另一種類似色環電阻的表示方法（單位默認pF）：

如：

“473”即47000pF=0.047μF

，“103”即10000pF=0.01μF等等，“XXX”第一、二個數字是有效數字，第三個數字代表后面添加0的個數。這種表示法已經相當普遍。3）相關知識：

常見貼片電容如何判斷容量現代電路中常見的情況是，整個電路板布滿貼片電容，大小形狀相同（或兩三種形狀），且都無字標。貼片電容很多由于體積所限，不能標注其容量。所以一般都是在貼片生產時的整盤上有標注。如果是單個的貼片電容，要用電容測試儀可以測出它的容量.46課后練習對照51單片機學習板原理圖寫程序；用位操作和總線操作兩種方法完成以下題目；1.熟練建立KEIL工程；2.點亮第一個發光管；3.點亮最后一個發光管；4.點亮1、3、5、7；5.點亮二、四、五、六；6.嘗試讓第一個發光管閃爍；7.嘗試設計出流水燈程序。47第三部分中斷和定時48

中斷系統49一、C51的中斷系統

1、中斷的概念

CPU在處理某一事件A時，發生了另一事件B請求CPU迅速去處理（中斷發生）；

CPU暫時中斷當前的工作，轉去處理事件B（中斷響應和中斷服務）；待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續處理事件A（中斷返回），這一過程稱為中斷。50引起CPU中斷的根源，稱為中斷源。中斷源向CPU提出的中斷請求。CPU暫時中斷原來的事務A，轉去處理事件B。對事件B處理完畢后，再回到原來被中斷的地方（即斷點），稱為中斷返回。實現上述中斷功能的部件稱為中斷系統（中斷機構）。2、MCS-51單片機的中斷系統結構51中斷技術不僅解決了快速主機與慢速I/O設備的數據傳送問題，而且還具有如下優點：

分時操作。CPU可以分時為多個I/O設備服務，提高了計算機的利用率；實時響應。CPU能夠及時處理應用系統的隨機事件，系統的實時性大大增強；可靠性高。CPU具有處理設備故障及掉電等突發性事件能力，從而使系統可靠性提高。52

80C51的中斷系統有5個中斷源（8052有6個）

，2個優先級，可實現二級中斷嵌套

。53

1、（P3.2）可由IT0(TCON.0)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當CPU檢測到P3.2引腳上出現有效的中斷信號時，中斷標志IE0(TCON.1)置1，向CPU申請中斷。54

2、(P3.3）可由IT1(TCON.2)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當CPU檢測到P3.3引腳上出現有效的中斷信號時，中斷標志IE1(TCON.3)置1,向CPU申請中斷。5580C51的引腳封裝總線型非總線型56

3、TF0（TCON.5），片內定時/計數器T0溢出中斷請求標志。當定時/計數器T0發生溢出時，置位TF0，并向CPU申請中斷。57

4、TF1（TCON.7），片內定時/計數器T1溢出中斷請求標志。當定時/計數器T1發生溢出時，置位TF1，并向CPU申請中斷。58

5、RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中斷請求標志。當串行口接收完一幀串行數據時置位RI或當串行口發送完一幀串行數據時置位TI，向CPU申請中斷。

59二、中斷請求標志1、TCON的中斷標志IT0（TCON.0），外部中斷0觸發方式控制位。當IT0=0時，為電平觸發方式。當IT0=1時，為邊沿觸發方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1），外部中斷0中斷請求標志位。IT1（TCON.2），外部中斷1觸發方式控制位。IE1（TCON.3），外部中斷1中斷請求標志位。TF0（TCON.5），定時/計數器T0溢出中斷請求標志位。TF1（TCON.7），定時/計數器T1溢出中斷請求標志位。

602、SCON的中斷標志RI（SCON.0），串行口接收中斷標志位。當允許串行口接收數據時，每接收完一個串行幀，由硬件置位RI。注意，RI必須由軟件清除。TI（SCON.1），串行口發送中斷標志位。當CPU將一個發送數據寫入串行口發送緩沖器時，就啟動了發送過程。每發送完一個串行幀，由硬件置位TI。CPU響應中斷時，不能自動清除TI，TI必須由軟件清除。

61一、中斷允許控制

CPU對中斷系統所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。3、C51中斷的控制

EX0(IE.0)，外部中斷0允許位；ET0(IE.1)，定時/計數器T0中斷允許位；EX1(IE.2)，外部中斷1允許位；ET1(IE.3)，定時/計數器T1中斷允許位；ES（IE.4)，串行口中斷允許位；EA(IE.7)，CPU中斷允許（總允許）位。62二、中斷優先級控制

80C51單片機有兩個中斷優先級，即可實現二級中斷服務嵌套。每個中斷源的中斷優先級都是由中斷優先級寄存器IP中的相應位的狀態來規定的

。PX0（IP.0），外部中斷0優先級設定位；PT0（IP.1），定時/計數器T0優先級設定位；PX1（IP.2），外部中斷0優先級設定位；PT1（IP.3），定時/計數器T1優先級設定位；PS

（IP.4），串行口優先級設定位；PT2(IP.5)，定時/計數器T2優先級設定位。63PX0（IPH.0），外部中斷0優先級設定位；PT0（IPH.1），定時/計數器T0優先級設定位；PX1（IPH.2），外部中斷0優先級設定位；PT1（IPH.3），定時/計數器T1優先級設定位；PS

（IPH.4），串行口優先級設定位；PT2(IPH.5)，定時/計數器T2優先級設定位。而80C52單片機有四個中斷優先級，即可實現四級中斷服務嵌套。每個中斷源的中斷優先級由中斷優先級寄存器IP和IPH中的相應位的狀態來規定的

。64

同一優先級中的中斷申請不止一個時，則有中斷優先權排隊問題。同一優先級的中斷優先權排隊，由中斷系統硬件確定的自然優先級形成，其排列如所示：6580C51單片機的中斷優先級有三條原則：CPU同時接收到幾個中斷時，首先響應優先級別最高的中斷請求。正在進行的中斷過程不能被新的同級或低優先級的中斷請求所中斷。正在進行的低優先級中斷服務，能被高優先級中斷請求所中斷。為了實現上述后兩條原則，中斷系統內部設有兩個用戶不能尋址的優先級狀態觸發器。其中一個置1，表示正在響應高優先級的中斷，它將阻斷后來所有的中斷請求；另一個置1，表示正在響應低優先級中斷，它將阻斷后來所有的低優先級中斷請求。664、80C51單片機中斷處理過程

中斷響應條件中斷源有中斷請求；此中斷源的中斷允許位為1；

CPU開中斷（即EA=1）。以上三條同時滿足時，CPU才有可能響應中斷。中斷響應條件和時間

67定時與計數68單片機工作的基本時序機器周期和指令周期（1）振蕩周期:也稱時鐘周期,是指為單片機提供時鐘脈沖信號的振蕩源的周期，TX實驗板上為11.0592MHZ。（2）狀態周期:每個狀態周期為時鐘周期的2倍,是振蕩周期經二分頻后得到的。（3）機器周期:一個機器周期包含6個狀態周期S1~S6,也就是12個時鐘周期。在一個機器周期內,CPU可以完成一個獨立的操作。（4）指令周期:它是指CPU完成一條操作所需的全部時間。每條指令執行時間都是有一個或幾個機器周期組成。MCS-51系統中,有單周期指令、雙周期指令和四周期指令。

693.380C51的定時/計數器

實現定時功能，比較方便的辦法是利用單片機內部的定時/計數器。也可以采用下面三種方法：軟件定時：軟件定時不占用硬件資源，但占用了CPU時間，降低了CPU的利用率。采用時基電路定時：例如采用555電路，外接必要的元器件（電阻和電容），即可構成硬件定時電路。但在硬件連接好以后，定時值與定時范圍不能由軟件進行控制和修改，即不可編程。采用可編程芯片定時：這種定時芯片的定時值及定時范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時功能強，使用靈活。在單片機的定時/計數器不夠用時，可以考慮進行擴展。703.3.1定時/計數器的結構和工作原理

一、定時/計數器的結構定時/計數器的實質是加1計數器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時/計數器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設置溢出標志。

71二、定時/計數器的工作原理

加1計數器輸入的計數脈沖有兩個來源,一個是由系統的時鐘振蕩器輸出脈沖經12分頻后送來；一個是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖計數器加1，當加到計數器為全1時，再輸入一個脈沖就使計數器回零，且計數器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發出中斷請求（定時/計數器中斷允許時）。如果定時/計數器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數模式，則表示計數值已滿。

可見，由溢出時計數器的值減去計數初值才是加1計數器的計數值。

72設置為定時器模式時，加1計數器是對內部機器周期計數（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數頻率為晶振頻率的1/12）。計數值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t

。設置為計數器模式時，外部事件計數脈沖由T0或T1引腳輸入到計數器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數器加1，更新的計數值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當晶振頻率為12MHz時，最高計數頻率不超過1/2MHz，即計數脈沖的周期要大于2s。

73

3.3.2定時/計數器的控制

80C51單片機定時/計數器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。TMOD用于設置其工作方式；TCON用于控制其啟動和中斷申請。一、工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于設置定時/計數器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：74GATE：門控位。GATE＝0時，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動定時/計數器工作；GATA＝1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數器工作。即此時定時器的啟動多了一條件。

:定時/計數模式選擇位。＝0為定時模式；=1為計數模式。M1M0：工作方式設置位。定時/計數器有四種工作方式，由M1M0進行設置。75

二、控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時/計數器的啟動和中斷申請。其格式如下：TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請求標志位。T1計數溢出時由硬件自動置TF1為1。CPU響應中斷后TF1由硬件自動清0。T1工作時，CPU可隨時查詢TF1的狀態。所以，TF1可用作查詢測試的標志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1（TCON.6）：T1運行控制位。TR1置1時，T1開始工作；TR1置0時，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/計數器的啟動與停止。TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請求標志位，其功能與TF1類同。TR0（TCON.4）：T0運行控制位，其功能與TR1類同。76

3.3.3定時/計數器的工作方式

一、方式0

方式0為13位計數，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時向TH0進位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標志，向CPU發出中斷請求。77