C51单片机步步学笔记.docx

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C51单片机步步学笔记

C51单片机步步学笔记（最新更新）

        作为一个初学者，如何单片机入门？

我需要那些知识和设备？

        知识上，其实不需要多少东西，会简单的C语言，知道51单片机的基本结构就可以了。

一般的大学毕业生都可以了，自学过这2门课程的高中生也够条件。

        设备上，一般是建议购买一个仿真器，这样才可以进行实际的，全面的学习。

日后在工作上，仿真器也大有用处

        还有，一般光有仿真器是不行，还得有一个实际的电路，即学习板。

学习板一般价格都比较贵，而且许多学习板配套程序和讲解不够完善。

        这里介绍的是最简单的学习板，4个按键加4个LED发光管，一个蜂鸣器，一个24c02即可。

        通过30个教程，初学者可以学到：

单片机控制外部设备，读取外部设备状态，外部中断的应用，中断的深入理解，变量和标记的灵活应用，定时器的灵活应用，可编程自动控制的方法，按键控制设备动作的方法，PWM输出的设计，存储器的读写，延时报警器的设计，各种报警音的设计，音乐播放的设计，程序模块化的设计等等知识。

        虽然，这些知识的覆盖面有限，但是，当你学习并掌握了这30个试验之后，您就会豁然开朗，单片机的编程控制如此简单！

学习完后，您就已经完全地入门了，并可以自主地对其它的单片机知识进行学习、试验，甚至进行项目开发！

第一课  了解单片机及单片机的控制原理，控制一个LED灯的亮和灭

本章学习内容：

    单片机基本原理，如何仿真器，如何编程点亮和灭掉一个LED灯，如何进入KEILC51uV调试环境，如何使用单步，断点，全速，停止的调试方法

    单片机现在是越来越普及了，学习单片机的热潮也一阵阵赶来，许多人因为工作需要或者个人兴趣需要学习单片机。

可以说，掌握了单片机开发，就多了一个饭碗。

    51单片机已经有30多年的历史了，在中国，高校的单片机课程大多数都是51，而51经过这么多年的发展，也增长了许多的系列，功能上有了许多改进，也扩展出了不少分支。

而国内书店的单片机专架上，也大多数都是51系列。

可以预见，51单片机在市场上只会越来越多，功能只会越来越丰富，在可以预见的数十年内是不可能会消失的。

下面以51为例来了解一下单片机是什么东西，控制原理又是什么？

    在数字电路中，电压信号只有两种情况，高电平和低电平，用数字来记录就是1和0。

单片机内部的CPU，寄存器，总线等等结构都是通过1和0两种信号来运作的，数据也是以1或者0来保存的。

单片机的输入输出管脚，也就是IO口，也是只输出或识别1和0两种信号，也就是高电平和低电平。

当单片机输出一个或一组电平信号到IO口后，外部的设备就可以读到这些信号，并进行相应操作，这就是单片机对外部的控制。

当外部一个或一组电平信号送到单片机的IO口时，单片机也可以读到这些信号，并进行分析操作，这就是单片机对外部设备信号的读取。

当然实际的操作中，这些信号可能十分复杂，必须严格地按照规定的时间顺序（时序）输入输出。

每种设备也都规定了自己的时序，只要都严格遵守，就可以控制任何设备，做出只要你想象得出的任何事情。

    您可能会再问，我如何让单片机去控制和分析外部设备呢？

答案是程序，您可以编写相关的程序，并且把他们烧写到单片机内部的程序空间，单片机在上电时，就会一步一步按照您写的程序去执行指令，做您想做的事情。

    在51标准芯片中，有32个输入输出IO，分为4组，每组8个，分别为P0口，P1口，P2口，P3口。

P1口的8条脚就用P1.0至P1.7表示，其余类似。

51就是用这32个口来完成所有外部操作的。

对于51的内部结构，如果您已经了解，那是最好；如果不懂，也可以先放下，在完成了本教程开始的几个章节之后，您就会大有兴趣，自己去寻找资料阅读了。

当然，如果您希望成为一个优秀的单片机开发程序员，还是必须熟悉单片机的内部结构及工作原理，切不可偷懒！

    在这一章，您将用程序去控制一个LED发光管的亮和灭。

你应该知道，LED发光管在通过一定电流时亮，不通电就灭。

为了不让LED通过太大的电流把它烧坏，我们还要串上限流电阻。

51的IO是弱上拉的方式，在输出高电平时，只能输出几十微安的电流到地，而在输出低电平时，VCC电源可以输入几十毫安的电流到IO。

一般LED需要10毫安左右电流点亮，我们就将LED接在电源VCC和IO口之间，中间串上电阻，当IO输出低电平时，灯就亮了，反之，灯就灭了。

我们在这个程序里要控制的是P1.0。

请参考一下我们将要使用的试验板的电路图。

        在实际的单片机学习和开发中，你可以用仿真器模拟一个CPU芯片，让它按照您编写的程序工作，并且进行调试，一步步排除程序的bug，使程序正常工作。

程序工作正常后，您就可以用烧写器将您编写的程序烧入购买来的单片机芯片中，让它自己去运行了。

        要使用仿真器，还得有一个编译调试的环境，这个环境是在计算机上运行的，我们就在计算机上编写和调试程序，计算机和仿真器有连接，仿真器中的各种数据和程序，都可以从计算机上观察到，并可以观察变量，写入变量的值，单步调试程序，在程序中设置断点调试，全速运行，停止程序运行，等等操作。

我们使用keilC51编译调试环境，仿真器的选择太多了，你可以根据自己的实际情况来选择。

    随后我将给大家提供keilc51相关的中文说明资料，这些资料详细地说明了如何使用C51编程和如何使用keiluV2环境调试。

        现在可以开始做试验了，我们打开已经建立好的工程和编写好的程序试验。

顺便还会学习一下程序调试的技巧。

至于如何建立一个新工程，请参考C51的帮助文件。

    请双击lessoncode01目录下的lesson1.uv2，打开后界面如下：

        点一下上图第三排第2或者第3个按钮（您的编译器按钮位置不一定在那个位置，自己找找），就可以看到编译结果了。

上面显示是0errrs,0warnings，这是最佳的编译结果，如果有error，则无法进行下一步仿真，如果有warning，一定要尽量消除，确实无法消除的，也要确认不会对程序造成影响，才进行下一步的仿真。

在编译结果中，我们还可以看到有data，xdata，code等用了多少字节的报告，要注意您的单片机中是否有这么多的资源，如果不够，将来烧片运行时就可能出现问题。

比如AT89C51的程序空间是4K，xdata如果没有外扩就是0个，data是128个。

超出这些范围，程序就不能在AT89c51中运行。

不同的芯片有不同的容量，如SST89E516RD就有64K程序，内部768字节XDATA，还有256个字节的data。

我们的例程中肯定都考虑了这些了，肯定不会超出，将来自己开发时就要注意了。

    下面我们故意把第9行的P10写成P11，点编译，因为没有预先定义P11，所以就报告错误了，如下图：

        双击一下错误报告的那一行，窗口就也会跳到这一行，方便您进行修改。

好了，现在请把错误改回去，再编译一次，出现报告正确了以后，下面开始仿真了。

点一下第二行第5个一个放大镜里面一个d字母的按钮，就可以进入仿真了，仿真器要事先连接好哟。

进入仿真后要退出仿真环境也是点这个按钮。

注意，等会如果程序在正在全速运行时，仿真环境是不能直接退出的，得先点停止运行后，再点仿真按钮才可以退出。

点进入仿真按钮，程序开始装载，PC自动运行到了main（）停下，并指向了main（）函数的第一行。

        进入仿真窗口后，如果出现的不是前面的源代码窗口，而是夹有反汇编代码的窗口，直接关掉这个窗口就会恢复到代码窗口。

下次进入也会直接进入到源代码窗口。

    现在先试验单步，点单步（两个单步都可以，一般点单步跨过）。

可以看到灯亮了。

PC指针也指向了下一个

程序行。

再点一下单步，PC又走下一步，灯灭了。

再点一次，PC走到挂起的程序行了，继续点仍然在这一行。

这句指令其实就是使程序不断地跳到自己这一行，别的什么也不做。

一般称作程序挂起。

    一般的实际应用中的程序是不会挂起的，一般是在main函数里做一个大循环，程序如下：

    voidmain（void）//主程序

    {

            while

（1）

          {

                P11=0;//亮灯

        P10=1;//灭灯

      }

        }

请将main函数程序改为上面的代码，我们下一步将试验断点的操作。

    在第15行双击一下，可以看到程序行左边出现了一个红方块，这就是设置断点，再双击一次，断点就取消了。

如果程序在全速运行的过程中遇到断点，就会自动停下来给你分析。

注意在进入仿真后，并且程序是停止状态时，才可以设置或者取消断点。

        现在点全速运行，可以看到程序在断点处停了下来，并且由于前一句指令刚刚执行了点灯，所以这时灯是亮着的。

    现在在第14行设置断点，并且取消上一个断点。

    现在点全速运行，可以看到程序在断点处停了下来，并且由于刚刚执行了灭灯，灯是灭着的。

好，现在试验全速运行和停止。

把断点取消，再点全速运行，可以看到灯是亮着的，但是不是很亮，这是由于程序是循环的，亮灭交替进行，亮的时间并不是全部的时间。

现在点停止，可以看到程序停止了，重复几次进行全速和停止，可以发现每次停止的地方不一定是同一位置。

第二课  用指令方式延时闪烁LED灯

    本章将学习如何使LED闪烁，和如何查看变量的值。

单片机内部的CPU工作都是要靠时钟驱动的。

在标准51芯片中，每个指令周期是12个时钟。

所以只要外部时钟固定，某一条指令运行的时间也是固定的。

比如本试验中的单片机晶振振荡输出的时钟是HZ，一条单周期指令执行的时间就是12/秒＝5.425347×10－7秒，这样如果你想在程序里延迟一段时间，就可以用循环执行多少条指令来实现。

这是一个最简单的延时方法，优点是不占用其他的单片机资源，缺点是不容易计算准确延时时间，而且延时过程中CPU无法做其他工作。

指令延时方法一般用在一些不用精确计时的场合。

在需要精确计时的场合，需要使用定时器，在之后的课程中将会学到。

      程序由一个循环组成，在点亮P10口的LED之后，延时一段时间，再灭掉LED，又延时一段时间，之后循环到前面。

for（）循环后面直接一个分号，表示这个循环里面什么事情也不做，就等循环完成指定的次数就退出来。

这也是指令循环延时的最常见的C写法。

编译后，按进入仿真。

按全速运行，可以看到P1.0的LED灯不断地闪烁。

下面我们用另一个更简单的方式点灯，就是取反IO口的状态。

取反指令将当前bit变量的状态反转，当前是1，取反后就是0，当前是0，取反后就是1。

IO口相当于一个bit变量，也可以这样取反。

请修改程序如下：

编译成功后，再点全速运行。

同样可以看到LED闪烁的现象。

可以看到，这种方法，我们只需要一次延时，就可以实现闪烁了。

下面我们再来学习如何查看变量n在运行中的值。

注意，要查看变量的值，只能在程序停下来的状态下查看。

在程序运行的过程中，程序不断地运行，变量也在不断地变化，一般是无法查看的。

点停止程序，将鼠标放在程序中的“n”上面。

可以看到旁边出现了一个小框框，上面显示了n=0x47D3,这就是变量此时的值。

如果觉得这样可能会点不准确，可以选中你要看的变量，同样会显示变量的值，个人感觉这种操作更为方便。

如图：

        在命令行输入的