項目51單片機相關(guān)基礎(chǔ)知識介紹

1、工程一 51單片機相關(guān)基礎(chǔ)知識介紹目標(biāo) 學(xué)習(xí)本工程后，學(xué)生應(yīng)能：l 了解單片機的功能及應(yīng)用。l 了解51單片機的標(biāo)號信息、封裝類型及外部引腳。l 了解C51中的基本數(shù)據(jù)類型和運算符。l 了解學(xué)習(xí)單片機所需的軟硬件資源。走進(jìn)電子市場或電器維修部或打開某些智能化電器產(chǎn)品的后蓋，你會發(fā)現(xiàn)如圖111所示的電路板及其電子元器件。電路板上常用電子元器件有電阻器、電容器、發(fā)光二極管、集成塊等，你知道這兩塊板上標(biāo)有“STC”的兩個集成塊叫什么嗎？矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。六位數(shù)碼管電子時鐘 超聲波測距儀圖111常用電路板標(biāo)有“STC”的兩個集成塊就是我們要學(xué)習(xí)的單片機。那么什么是單片機？單片機能做什么？單片機的外

2、形、引腳、封裝及內(nèi)部結(jié)構(gòu)又是怎樣的呢？下面就讓我們一起走進(jìn)51單片機，學(xué)習(xí)51單片機的相關(guān)基礎(chǔ)知識。聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。任務(wù)一 了解單片機的功能及應(yīng)用1什么單片機從圖111所示電路板中的單片機外形可以看出，單片機是一塊集成芯片。但它又不是完成某一邏輯功能的芯片，它是把一個計算機系統(tǒng)集成到某一個芯片上，即在一塊硅片上集成了微處理器、存儲器及輸入/輸出接口的芯片。它實際上是一個簡單卻又是完整的計算機系統(tǒng)，麻雀雖小，五臟俱全。但這塊集成芯片具有特殊的功能。它的功能的實現(xiàn)是要靠我們使用者編程來完成的。我們編程的目的就是控制這塊芯片的各個引腳在不同時間輸出不同的電平（高電平或低電平），進(jìn)而控制與單片機

3、各個引腳相連的外圍電路的電氣狀態(tài)。編程時，我們可選擇C語言或匯編語言。殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。2單片機的功能及應(yīng)用單片機是一種可通過編程控制的微處理器，單片機芯片自身不能單獨運用于某項工程或產(chǎn)品上，它必須要靠外圍電路才可發(fā)揮其身身的強大功能，所以，我們在學(xué)習(xí)單片機時不能僅僅學(xué)習(xí)單片機的一種芯片，還要循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)它外圍的數(shù)字及模擬電路知識，還要學(xué)習(xí)常用的外圍電路的設(shè)計與調(diào)試方法等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”。如智能型洗衣機。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置

4、，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。綜上所述，目前單片機的應(yīng)用領(lǐng)域已非常廣泛，可歸類如下；彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。工業(yè)自動化。如數(shù)據(jù)采集、測控技術(shù)。智能儀器儀表。如數(shù)字示波器、數(shù)字信號源、數(shù)字萬用表、感應(yīng)電流表等。消費類電子產(chǎn)品。如洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、電視機、微波爐、IC卡、汽車電子設(shè)備等。通信方面。如調(diào)制解調(diào)節(jié)器、程控交換技術(shù)、手機、小靈通等。武器裝備

5、。如飛機、軍艦、坦克、導(dǎo)彈、航天飛機、魚雷制導(dǎo)、智能武器等。這些電子器件內(nèi)部無一不用到單片機，而且大多數(shù)電器內(nèi)部的主控芯片就是一塊單片機來控制的，可以說，凡是與控制或簡單計算機有關(guān)的電子設(shè)備都可以用單片機來實現(xiàn)。科技越發(fā)達(dá)，智能化的東西就越多，使用的單片機就越多。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。任務(wù)二 了解51單片機標(biāo)號信息、封裝類型及外部引腳目前單片機很多，有8051、PIC、MS430、AVR等。單片機雖然型號不同，但是芯片內(nèi)部的資源種類都差不多，而且這些資源的使用方法也大同小異?？梢哉f學(xué)會一種，其他種類融會貫通。8051系列是老型號，這種單片機雖不是目前功能最強大，但卻是用得最廣泛的，教案資源最多

6、，軟件支持和硬件開發(fā)都很成熟。世界上不同國家的很多芯片廠商都生產(chǎn)各種單片機，以51單片機為例，如表111所示。廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。表111 51單片機芯片廠商產(chǎn)品列表公 司產(chǎn) 品AT（Atmel）AT89C51，AT89C52，AT89C53，AT89LV52，AT89S51，AT89S52等Philips(飛利清)P80C54，P80C58，P87C54，P87C58，P87C524，P87C528等Winbond（華邦）W78C54，W78C58，W78E54，W78E58等Intel（英特爾）i87C54，i87C58，i87L54，i87L58，i87C51FB，i87C51FC等S

7、iemens（西門子）C501-1R，C501-1E，C513A-H，C503-1R，C504-2R等STCSTC89C51RC，STC89C52RC，STC89C53RC，STC89LE51RC等 由于廠商及芯片型號比較多，我們不能一一舉出，以上所提到的都是51內(nèi)核擴展出來的單片機，即通常我們所說的51單片機。煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。 1標(biāo)號信息每一塊單片機上都會標(biāo)有型號說明。下面我們以如圖112所示Atmel公司生產(chǎn)的AT89S5224PC 0314 芯片為例，對單片機的標(biāo)號信息解釋如下。鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。圖112 AT89S5224PC 0314 芯片AT89系列單片機型號由三個部分組

8、成，它們分別是前綴、型號、后綴，其格式為：AT89C（LV、S）XXXXXXXX?；[叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。AT前綴，表示該芯片為Atmel公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。89S52型號，型號由89SXXXX或89CXXXX或89LVXXXX表示。其中，8表示該芯片為8052內(nèi)核芯片。 9表示芯片內(nèi)部含F(xiàn)lash存儲器。 S表示該芯片含有可串行下載功能的Flash存儲器，即具有ISP可在線偏程功能。C表示該器件為CMOS產(chǎn)品。LV表示該芯片為低電壓產(chǎn)品（通常為3.3V電壓供電）。預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。 5固定不變。 2表示該芯片內(nèi)部程序存儲空間的大小。1為4KB，2為8KB，3為12KB，即該數(shù)乘上4KB就是該芯

9、片內(nèi)部的程序存儲空間大小。程序空間大小決定了一個芯片所能裝入執(zhí)行代碼的多少。一般來說，程序存儲空間越大，芯片價格也越高，所以我們在選擇芯片時要根據(jù)自己硬件設(shè)備實現(xiàn)功能所需代碼的大小來選擇價格合適的芯片，只要程序能裝得下，同類芯片的不同型號不會影響其功能。滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。24PC后綴。后綴由“XXXX”四個參數(shù)組成，與產(chǎn)品型號間用“”隔開。后綴中第一個參數(shù)“X”表示速度。其中，X=12，表示速度為12MHz。 X=20，表示速度為20MHz。 X=24，表示速度為24MHz。后綴中第二個參數(shù)“X”表示封裝。其中，X=P，表示塑料直插雙列DIP封裝。 X=J，表示帶引線J的塑料芯片封裝。后綴

10、中第三個參數(shù)“X”表示溫度范圍。其中，X=C，表示商業(yè)用產(chǎn)品，溫度范圍為0C+70C。 X=I，表示工業(yè)用產(chǎn)品，溫度范圍為-40C+85C。 X=A，表示汽車用產(chǎn)品，溫度范圍為-40C+125C。 X=M，表示軍用產(chǎn)品，溫度范圍為-55C+150C。后綴中第四個參數(shù)“X”表示產(chǎn)品的處理情況。其中，X為空，表示處理工藝是標(biāo)準(zhǔn)工藝。 X=/883，表示處理工藝采用MIL-STD-883標(biāo)準(zhǔn)。則單片機型號為“AT89S5224PC 0314”，表示該單片機是Atmel公司生產(chǎn)的,含有可串行下載功能的Flash存儲器，速度為24MHz，封裝為塑料直插雙列DIP，是商業(yè)用產(chǎn)品，按標(biāo)準(zhǔn)處理工藝生產(chǎn)。另外“

11、0314”表示本批芯片生產(chǎn)日期為03年的第14周。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。關(guān)于芯片上的標(biāo)號，其他廠商大同小異，若大家還想詳細(xì)了解，請上網(wǎng)搜索相關(guān)資料。2封裝類型（1）DIP（DualIn-line Package）雙列直插式封裝DIP是指采用雙列直插式封裝的集成電路芯片，絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路（IC）均采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般不超過100個。采用DIP封裝的CPU芯片有兩排引腳，需要插入到具有DIP結(jié)構(gòu)的芯片插座上。當(dāng)然，也可以直接插在有相同焊孔數(shù)和幾何排列的電路板上進(jìn)行焊接，如圖113所示。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。 圖113 DIP封裝 圖114 PLCC封裝（2）PLCC（Plasti

12、c Leaded Chip Carrier）帶引線的塑料芯片封裝 PLCC指帶引線的塑料芯片封裝載體，它是表面貼型封裝之一，外形呈現(xiàn)正方形，引腳從封裝的四個側(cè)面引出，呈丁字形，是塑料制品，外形尺寸比DIP封裝小得多。PLCC封裝適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線，具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點，如圖114所示。贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。（3）QFP（Quad Flat Package）塑料方型扁平式封裝和PFP（Plastic Flat Package）塑料扁平組件式封裝壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。QFP與PFP兩者可統(tǒng)一為PQFP（Plastic Quad Flat Package），QFP封

13、裝的芯片引腳之間距離很小，引腳很細(xì)，一般大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路都采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般在100個以上。用這種形式封裝的芯片必須采用SMD（表面安裝設(shè)備技術(shù)）將芯片與主板焊接起來。采用SMD安裝的芯片不必在主板上打孔，一般在主板表面上有設(shè)計好的相應(yīng)引腳的焊點。PFP封裝的芯片與QFP方式基本相同，它們唯一的區(qū)別是QFP一般為正方形，而PFP既可以是正方形，也可以是長方形，如圖115所示。蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。圖115 PQFP封裝 3外部引腳圖116（a）、116（b）所示分別是AT89S52單片機的實物圖和引腳圖。（a）AT89S52實物（b） DIP封裝引腳圖圖116 AT89S5

14、2單片機實物與引腳圖由圖116可知，AT89S52的DIP封裝芯片共有40個引腳，采用引腳復(fù)用技術(shù)（即一個引腳可有兩種功能，一個稱為第一功能，另一個稱為第二功能），滿足單片機引腳數(shù)目不夠而功能較多的需要。40個引腳我們按其功能類別將它們分成三類。買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。（1）電源和時鐘引腳。如VCC、GND、XTAL1、XTAL2。VCC（40腳）、GND（20腳）：單片機電源引腳。不同型號單片機接入對應(yīng)電源電壓，常壓為+5V，低壓為+3. 3V，大家在使用時要查看其芯片的對應(yīng)文檔。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。XTAL1（19腳）、XTAL2（18腳）：外接時鐘引腳。XTAL1為片內(nèi)振蕩電路的輸入端，

15、XTAL2為片內(nèi)振蕩電路的輸出端。驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。8051的時鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時鐘振蕩方式，需在這兩個引腳外接石英晶體和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10P30P，如圖117所示。另一種是外部時鐘方式，即XTAL2將接地，外部時鐘信號從XTAL1腳輸入，如圖118所示。這種方式主要用于解決單片機系統(tǒng)中的同步問題。貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。圖117 片內(nèi)時鐘振蕩方式 圖118 外部時鐘方式 （2）I/O口引腳。如P0、P1、P2、P3，4組8位I/O口。P0口（P0.0P0.7）：雙向8位三態(tài)I/O口，每個口可獨立控制。第一功能作為基本輸入/輸出，內(nèi)部沒有上拉電阻，為高阻狀態(tài)，所以不能正

16、常地輸出高低電平，因此該組I/O口在使用時務(wù)必要外接上拉電阻，一般我們選擇接入10k的上拉電阻。第二功能是為擴展系統(tǒng)分時提供數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線。鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。P1口（P1.0P1.7）：準(zhǔn)雙向8位I/O口，內(nèi)帶上拉電阻，每個口可獨立控制。第一功能作為基本輸入/輸出，這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。因為該口在作為輸入使用前，要先向該口進(jìn)行寫1操作，然后單片機內(nèi)部才可正確讀出外部信號，也就是要使其先有個“準(zhǔn)”備的過程，所以才稱為準(zhǔn)雙向口。對52單片機P1.0引腳的第二功能為T2定時器/計數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發(fā)

17、，即T2的外部控制端。構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。P2口（P2.0P2.7）：準(zhǔn)雙向8位I/O口，內(nèi)帶上拉電阻，每個口可獨立控制。第一功能作為基本輸入/輸出，與P1口相似。第二功能是在系統(tǒng)擴展時作為高位地址線使用。輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。P3口（P3.0P3.7）：準(zhǔn)雙向8位I/O口，內(nèi)帶上拉電阻，每個口可獨立控制。第一功能作為基本輸入/輸出，與P1口相似。作為第二功能使用時，各引腳的定義如表112所示。值得注意的是，P3口的第一個引腳均可獨立定義為第一功能的輸入/輸出或第二功能。堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆贅。表112 P3口各引腳第二功能定義標(biāo)號引腳第二功能說明P3.010RXD串行輸入口P3.111TXD

18、串行輸出口P3.212外部中斷0P3.313外部中斷1P3.414T0定時器/計數(shù)器0外部輸入端P3.515T1定時器/計數(shù)器1外部輸入端P3.616外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖P3.717外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖（3）I編程控制引腳。如RST、ALE/、/VPP。RST：單片機的復(fù)位引腳。當(dāng)在該引腳上出現(xiàn)連續(xù)兩個機器周期以上的高電平時，單片機進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，完成初始化操作。識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。：外部程序存儲器選通信號。當(dāng)訪問片外擴展ROM時，只有該引腳為低電平時才為有效信號，才能選通片外程序存儲器對其進(jìn)行讀操作。由于現(xiàn)在我們使用的單片機內(nèi)部已經(jīng)有足夠大的ROM，所以幾乎沒有人再去擴展外部ROM，因此這個

19、引腳大家只需了解即可。凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。ALE/：地址鎖存控制/片內(nèi)ROM編程脈沖輸入信號。在訪問外部程序存儲器時，P0口作業(yè)地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口，ALE用于鎖存低8位地址。即ALE為高電平時P0口上的住處為低8位地址，在ALE下降沿時將P0口上的低8位地址送地址鎖存器鎖存起來，在ALE為低電平期間P0口上的住處為指令或數(shù)據(jù)信息，以此實現(xiàn)低位地址與數(shù)據(jù)的分離。該引腳的第二功能作為編程脈沖的輸入端。單片機內(nèi)部有程序存儲器（ROM），它的作用是用來存放用戶需要執(zhí)行的程序，那么我們怎樣才能將寫好的程序存入這個ROM中呢？實際上，我們是通過編程脈沖輸入才寫進(jìn)去的，這個脈沖的輸入端口就是?，F(xiàn)在很多單片機

20、都已經(jīng)不需要編程脈沖引腳往內(nèi)部寫程序了，比如我們用的AT單片機，它可以直接通過串口往里面寫程序，只需要三條線與計算機相邊即可。而且現(xiàn)在的單片機內(nèi)部都已經(jīng)帶有豐富的RAM，所以也不需要再擴展RAM了，因此 ALE/這個引腳的用處已經(jīng)不太大。恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號/片內(nèi)Flash ROM編程電源輸入。當(dāng)接高電平時，單片機讀取內(nèi)部程序存儲器。當(dāng)擴展有外部ROM時，當(dāng)讀取完內(nèi)部ROM后自動讀取外部ROM。接低電平時，單片機直接讀取外部ROM。8031單片機內(nèi)部是沒有ROM的，所以在使用8031單片機時，這個引腳是一直接低電平的。8751單片機燒寫內(nèi)部EPROM時，利

21、用此引腳輸入21V的燒寫電壓。因為現(xiàn)在我們用的單片機都有內(nèi)部ROM，所以在設(shè)計電路是此引腳始終接高電平。鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。任務(wù)三 了解單片機的C51基礎(chǔ)知識 1利用C語言開發(fā)單片機的優(yōu)點每一塊單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(fā)都用C語言編程。單片機的C51與用匯編編程相比，有如下優(yōu)點：碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。對單片機的指令系統(tǒng)不要求有任何的了解，就可以用C語言直接編程操作單片機。寄存器分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)完全由編譯器自動管理。程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分成不同的函數(shù)，可使程序結(jié)構(gòu)化。庫中包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力，使用方便。具有方便的模塊

22、化編程技術(shù)，使已編好的程序很容易移植。C語言常用語法不多，尤其是單片機的C語言常用語法更少，有益于編寫小而快的程序。 2C51中的基本數(shù)據(jù)類型當(dāng)我們給單片機編程時，單片機也要運算，而在單片機的運算中，變量中數(shù)據(jù)的大小是有限制的，我們不能隨意給一個變量賦任意的值，因為變量在單片機的內(nèi)存中是要占據(jù)空間的，變量大小不同，所占據(jù)的空間就不同，為了合理利用單片機的內(nèi)存空間，我們在編程序時就要設(shè)定合適的數(shù)據(jù)類型，不同的數(shù)據(jù)類型也就代表了十進(jìn)制中不同的數(shù)據(jù)大小，所以我們在設(shè)定一個變量之前，必須要給編譯器聲明這個變量的類型，以便讓編譯器提前從單片機內(nèi)存中分配給這個變量合適的空間。單片機的C語言中常用的數(shù)據(jù)類型

23、如表113所示。閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。表113 C51中常用的數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型關(guān)鍵字所占位數(shù)表示數(shù)的范圍無符號字符型unsigned char80255有符號字符型char8-128127無符號整型unsigned int 16065535有符號整型int 16-3276832767無符號長整型unsigned long320-1有符號長整型long32-1單精度實型float323.4e-383.4e38雙精度實型double641.7e-3081.7e308位類型bit101那么什么是所占的位數(shù)呢？在編寫程序時，無論是以十進(jìn)制、十六進(jìn)制還是二進(jìn)制表示的數(shù)，在單片機中，所有的數(shù)據(jù)都是以二進(jìn)制

24、的形式存儲在存儲器中的，既然是二進(jìn)制，那么就只有兩個數(shù)，0和1，這兩個數(shù)每一個所占的空間就是一位（b），位也是單片機存儲器中最小的單位。比位大的單位是字節(jié)（B），一個字節(jié)等于8位（即1B=8b）。氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。3C51中的運算符C51中的算術(shù)運算符如表114所示。表114 C51中的算術(shù)運算符算術(shù)運算符含義+加法-減法*乘法/除法（或求模運算）+自加-自減%求余運算C51中的關(guān)系（邏輯）運算符如表115所示。表115 C51中的關(guān)系（邏輯）運算符關(guān)系（邏輯）運算符含義大于=大于等于小于=小于等于= =測試相等！=測試不等&與或!非C51中的位運算符如表116所示。表116 C51中的位

25、運算符位運算符含義&按位與按位或異或取反右移左移4C51中的基礎(chǔ)語句C51中用到的基礎(chǔ)語句如表117所示。表117 C51中的基礎(chǔ)語句語句類型if選擇語句while循環(huán)語句for循環(huán)語句Switch/case多分支選擇語句Do-while循環(huán)語句任務(wù)四 了解單片機學(xué)習(xí)所需軟硬件單片機是一門實踐性很強、非常注重動手的課程。學(xué)習(xí)單片機最有效的方法是理論與實踐并重，邊學(xué)習(xí)，邊演練，循序漸進(jìn)，這樣用不了幾次就能將用到的指令理解、吃透。也就是說，當(dāng)你學(xué)習(xí)完某幾條指令后，接下去就該做實驗了，通過實驗，讓你感受到指令產(chǎn)生的控制效果，如眼睛看得見的（燈光），耳朵聽得到的（聲音）等，這樣在學(xué)習(xí)過程中更能深刻理解指令是怎樣轉(zhuǎn)化成信號去控制電子產(chǎn)品的。因此，邊學(xué)習(xí)邊實踐的方法，效果特別好。為達(dá)到上述效果，我們在學(xué)習(xí)前必須做好一些準(zhǔn)備工作，也就是應(yīng)該了解學(xué)習(xí)單片機所需要的一些最基本的軟硬件。釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。1硬件電腦。主要用來編程和調(diào)試用。練習(xí)板。也叫實驗板或?qū)嶒炏洹？梢詭椭覀冞厡W(xué)邊練，達(dá)到學(xué)以致用的目的。練習(xí)板可以買現(xiàn)存的，即別人已經(jīng)開發(fā)的，如圖119所示。也可以自己按學(xué)習(xí)的要求從最簡單的焊起，圖1110所示。使用開發(fā)板的好處在于省