51内核单片机.docx

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51内核单片机

本教材是针对51内核单片机编写的。

    请允许我假设你已经掌握基本的模拟与数字电路知识、基本的计算机理论知识（比如知道二进制是怎么回事，RAM和ROM是什么东西）与操作知识（比如会装载与使用应用软件）、明白汇编语言和C语言的基本规则与语句。

同时，我默认你有一本经典51教材、一本51单片机应用教材（内容为给出硬件电路和源程序的单片机开发实例）、一块51单片机实验板，一块具有ISP（在系统编程例如STC89S52）功能的单片机、（含一条串口线），某个版本的KEIL软件、某个版本的ISP烧写软件）、一台性能一般的PC电脑。

    如果不具备上述任何一项，请不要继续阅读本教程，收起你的书本,回家吧，你无法学会单片机。

知识方面的欠缺请自己尽快弥补。

教材与应用书籍可以借阅，但是我建议各买一本，因为它们属于工具书，需要随时翻看，版本我就不推荐了，各种版本内容基本都一样，这个投资需要数十元。

实验板可以使用我提供的这几款硬件功底好的也可以自制，成本在100元以内，网上有很多这方面的资料，且基本配置都大同小异。

具有ISP功能的51单片机我推荐使用STC系列的，本实验板就是针对STC89C51/52RD系列（价格100元左右）设计的。

其他ISP功能的单片机也行，如华邦的W78E系列，AVR哈佛结构（不是51内核）高速系列，不过我都没有使用过。

具有ISP功能的单片机虽然比AT89C51之类（10元左右）贵很多，但是配置很强（仅ROM容量就有64K，是AT89C51的16倍），而且相对于数百元的编程器或者仿真器来说，性价比还是很高的，有利于降低硬件投资给初学者造成的门槛。

KEIL软件网上随处都可以下载到（文件夹中有），当然尽量使用高版本的。

STC-ISP编程下载软件网站可以下载，不算PC电脑的话，200元的投资足够开始学习51单片机了（实验板+串口线+单片机+教材）。

    OK，这是一份面向对单片机一无所知的初学者的入门教程。

单片机技术就如同一张窗户纸，这份肤浅的教程就是来戳穿它的，呵呵。

就如同你来到一个陌生的城市，我送你一张地图——不是我水平高，是我比你来得早，就这么点优势，呵呵。

它的作用仅仅是帮助你在茫然的情况下顺利上手，至于上手之后的进展，就全靠你自己的辛勤钻研了。

你要明白，没有任何路标能够代替你走完脚下的路。

显然，我不想你们再像我一样在入门上花费过多宝贵时间和金钱。

你们当然会感谢我，这是可以理解的，因为我也曾感谢过在我入门的时候给过我帮助的朋友。

    好了，我们开始学习单片机的旅程。

首先：

单片机开发的基本流程

    不是所有人都学过地理，但是几乎每个人都能找到回家的路，学习单片机也是如此。

我们先不要看什么教材，我们直接进入开发过程的介绍与学习，争取在最短的时间内获得最多的感性认识。

千万不要像学英语那样学单片机，就像背了十年单词却没见着一回老外——看一年教材也没见过单片机什么样的话，那就不可能学会了。

针对我们前言中的软硬件，基本开发流程是这样的：

1、在PC电脑上安装并启动KEIL软件，建立一个单片机

工程项目，调整设置，使项目输出时生成HEX格式（INTERL公司

规定的一种二进制格式）烧写文件。

2、新建程序文件，将其加入项目。

用汇编或者C51语言编写一个程序，编译，纠错，再编译，再纠错，直到错误全部消失，编译成功，系统会自动生成HEX格式文件，保存在项目所在的文件夹里。

3、在实验板断电的情况下（如果带电容易击穿PC机串口），用串口线连接单片机与PC机串口。

接通实验板电源，选择ISP编程（红色发光管亮），启动ISP编程软件STC-ISP，选择需要下载的文件关于

4、下载完成后，按下复位键。

此时程序开始运行，实验板的器件会有相应的反应。

至此一次完整的单片机开发流程成功结束。

    然后：

KEIL软件使用方法

    如何安装与启动KEIL软件我就不说了，这个软件的功能有三个：

编辑程序源代码，编译源程序为目标文件（目标文件就是翻译过来的机器码），软件仿真运行结果。

作为初学者，你要明白编辑和编译的区别——就像你要明白秘书和翻译的区别一样。

    启动软件以后，点击PROJECT（工程），在下拉菜单中选择NEW（新建），在对话框中设置项目文件的保存位置，具体位置随你便了。

给该工程项目命名，随你便，但是要把扩展名设为.UV2，比如可以命名为LED.UV2，保存。

此时弹出单片机设备选择对话框，针对我们的实验板请选择ATMEL公司的AT89C51或者PHILIPS公司的8XC51RD2，点击确定。

    点击FILE（文件）中的NEW，此时会出现一个文本界面，点击FILE中的SAVE（保存），在对话框中设置保存路径（最好与刚才的工程文件在一个文件夹中）。

给该源程序文件命名，扩展名要根据你使用的编程语言确定，如果使用汇编语言，就命名为.ASM，如果使用C51语言，就命名为.C。

对于没有学过C51的初学者来说，应使用.ASM，比如LED.ASM，保存。

    在左面的工程窗口里用右键点击TARGET1，选择OPTIONS   FOR   TARGET‘TARGET1’，在对话框中选择OUTPUT选项，在CREAT  HEX  FILE选项前打勾，点击确定，这样编译之后，在工程项目所在的文件夹中就能够生成HEX格式的烧写文件了。

    点击TARGET1前面的加号，用右键点击SOURSE  GROUP  1，选择ADD  FILES  TO  GROUP‘SOURSE  GROUP  1’，将刚才新建的源程序文件加入。

此时SOURSE  GROUP  1之前也有加号了，点击会看到你新建的文件。

    双击进入你建立的文件，现在可以编写你的第一个程序了。

接着：

你的第一个单片机程序

    源程序如下：

ORG  00H

MOV  P0,#55H

LOOP:

  SJMP  LOOP

END

    什么？

这么简单？

！

是不是在搞笑？

！

没错，虽然简单，但这就是一个完整的单片机程序。

具体语句我先不作解释，你要先把这个程序在实验板上跑起来才行。

点击编译按钮（项目窗口上面那三个蛋糕一样的按钮中间或者右边那个），也可以选择PROJECT选项中的BUILD  TARGET选项，编译就自动开始。

如果有错误或者警告，下面的编译输出栏将会显示。

如果没有错误和警告，系统将显示代码量，DATA表示占用内部RAM空间的大小，XDATA表示占用外部RAM空间的大小，CODE表示占用片内ROM空间的大小。

STC89C51RD本身有2K内部数据存储器RAM，64K内部程序存储器ROM，本实验板没有扩展外部RAM，所以暂时不能做有关外部RAM存储的实验。

至于你使用AT89C51+编程器的话，资源就比较少了，只有128B（1字节=8位）RAM和4K大小的ROM，不过对于初学者，足够使用了。

    好的，对于你这样一个一点成就感都没有的初学者来说，激动人心的时候就要到了：

我们要把这个程序固化到单片机的ROM里了。

连接好串口线，下载，程序运行了吗？

8个LED发光管隔一个亮一个吗？

如果是的话，恭喜你啊！

你已经成为一名单片机的开发人员啦！

呵呵，虽然这个程序没有什么实用价值，你也不明白语句的意义，但是它给你带来了成就感和自信心，这才是作为初学者最最需要的，有了信心与兴趣，一切都不再成为负担和难题。

    是不是开始跃跃欲试了？

好的，我们继续讲下去。

再者：

程序解释与软件仿真功能的介绍

    现在我们回过头来解释这个程序。

    ORG是一个伪指令。

不懂？

呵呵，正常，当初我也不懂。

伪指令就是一条没有真正操作的指令，说白了就是什么活也不干，耍耍嘴皮子而已。

ORG是个定位伪指令，告诉系统程序从00地址开始执行，至于执行什么，怎么执行，它不管。

就像一次扫雪任务，一个领导来了，指着脚下说：

从这里开始扫。

至于具体怎么扫，那是你的事情，呵呵。

还有几条伪指令，去看教材。

    MOV  P0,#55H是这个程序的核心指令，工作全部都是它做的。

参照教材，它的意思是将十六进制数55输出给寄存器P0，而P0口的状态由8个LED显示。

我知道你会对这个十六进制数字感到糊涂，因为我们长了10手指头。

这里的55不是十进制转换来的，它实际是二进制数字的一种压缩写法，写成二进制就是01010101，这样P0口接的8个LED就会隔一个亮一个。

55屁股后面的H表示它是十六进制数，如果去掉H就表示55是十进制数了。

十进制数55转换为十六进制数是37，二进制数是00110111，就不是01010101了，不信可以试试看，去掉55后面的H。

为了明确输出状态，你可以将55H写成01010101B，这个B表示是二进制数，显示结果一样，我写输出一般都使用二进制写法。

你必须明白十进制、二进制、十六进制之间的转换方法，各种计算机书里都有的。

以后你就不要用十进制思考了，二进制是一种重要思维方式，你务必熟悉。

具体计算你不要动手，那很傻哦——PC机的附件里不是有个很好的计算器吗？

可以非常方便的转换多种数制，编程的时候同时打开就行了。

    现在来解释那个很有趣味的软件仿真，你不用烧写芯片就可以看到运行结果，神奇吧！

我当初都不知道有这么好的软件，编译成功后点击DEBUG（调试或者叫除错，因为BUG是错误的意思）选项里的STARTSTOP  DEBUG  SESSION，工具栏里也有这个快捷图标（有个带红色B字母的放大镜）。

点击PERIPHERAL（外设）选项，选择需要察看的部分，这里我们选择P0口。

点击左上角文件下面的RET复位，然后点击RET右面的带下箭头的小方块来运行程序，这时可以看到P0口状态变为01010101，表明运行成功。

想要退出运行中的程序，点击那个圆形的红色叉。

要回到编辑界面请再次点击DEBUG的快捷图标。

    现在有个问题，那个LOOP:

  SJMP  LOOP是干嘛的？

这是一个死循环，指令反复跳转到本身，相信你能够看懂。

你会觉得它没有什么用，你感觉很对，它的确没有什么实际的作用。

那么好，让我们把它删除——编译照样通过，没有任何错误和警告，而且就算你现在把它烧写到芯片里，它也能正确运行，那为什么还要加上？

你不服？

好，那我们进入刚才的调试界面，运行程序，不好！

系统提示出错NO  ‘EXECUTE/REDA’  PERMISSION  !

什么原因？

问题出来了吧？

因为你删除了这个循环，程序就跑飞了！

跑飞了是什么意思？

比如你让一只小狗在广场上随便跑，你怎么知道它会跑到哪里去？

这就是跑飞，结果是你丢失了这条小狗，当然你可以重新买一只，这就是复位了，哈哈。

如果你让一只小狗在院子里跑，它就不会丢失啦。

循环的意义就在这里，让程序掉到这个循环里，你和系统就能把它控制住。

你还是不以为然吗？

这是一个简单程序，也许问题不大，但是当程序复杂之后，跑飞了是件很麻烦很可怕的事情，会出现莫名其妙的错误，而且你也无法使用软件仿真功能了。

要是你还不服气，那就尝试每次编程都让程序跑飞一次，如此之后你就有感觉了，我曾经被这个简单问题困扰了数周之多，现在我提示你，你要当回事。

    END也是个伪指令，是个编译结束标志，编译器编译到END的时候就结束编译了，不再编译END以下的程序。

    这就是软件仿真的基本过程，后面我还会介绍到仿真的其他功能。

建议你每次编写程序以后都要先进行软件仿真，反复修改，反复调试，直到需要完成的功能完全仿真成功再将程序烧写到芯片，这样能够提高开发效率，延长单片机使用寿命。

最后：

关于编程器、仿真器与ISP

    我建议你使用具有ISP功能的单片机完全是考虑到初学者的资金问题，因为很多人一听说学习要花钱就会放弃学习。

世界上没有免费的知识，更没有免费的技能，投资是非常必要的，但是成本越低就越容易上手，所以我推荐具有ISP功能的单片机，但这并非说编程器与仿真器已经没用，这一点你们要明白。

    首先说说编程器，它是干什么用的呢？

程序编辑好后，并且通过编译生成了HEX格式的二进制烧写文件，就要用编程器把它烧写到单片机里面。

我最初入门的时候就是使用AT89C51+编程器的开发模式，过了半年多才在发现具有ISP功能的单片机，白花了那么多银子。

编程器本身很贵的，最好的上千，好一点的数百元，最便宜的简易型的也要上百元，是个不小的投资，很多人之所以对单片机望而却步，正是在这个投资上出现了犹豫。

另外编程器使用起来也比较麻烦，每一次编程都要把芯片从实验板上拔下来，烧写好了再插回去，很容易弄坏插座和管脚，为此配置零插拔力插座的话，又要花一只单片机的钱了（十多元一只）。

而且如果去现场工作的话，拎着个编程器多麻烦！

设备复杂的话插拔芯片也很困难，一旦弄坏了管脚或者印刷板，设备就完蛋了。

但是编程器在开发产品中具有重要作用，因为产品的目标板（相当于完成指定功能的实验板）一般没有空间额外加挂串口电平转换部分的器件，所以要通过编程器编程。

而且开发产品如果使用一般的51芯片，成本也会大幅度下降。

对于那些不用改动程序的产品比较有利。

当然如果产量非常大的话，就选择掩膜（就是把程序直接做到芯片里）生产了，编程器也不用了，成本非常低。

仿真器在高校教学、实验与复杂产品开发中可以使用。

使用编程器和ISP的开发方法叫做“崩溃——烧写”模式，如果程序运行结果错误，只能改动程序后擦除芯片重新烧写，为了调试一个程序连续烧写芯片数十次是很正常的事情，但是这样不但麻烦，还会缩短芯片使用寿命，而且无法观察程序运行中的状态。

仿真器正是针对这一问题，它无需烧写，通过它可以直接观察运行结果，而且可以单步运行，能够最直接的找到问题所在，所以高级产品的开发都要用到。

不过初学者一般买不起仿真器，也没必要买，KEIL本身就有软件仿真功能，可以大大减少烧写次数。

只要不涉及到外部扩展接口，在KEIL上仿真运行成功的程序，绝大部分烧写以后都能正常运行，下文将有说明。

    ISP的意思是在系统编程，但是我不喜欢这个说法，刚入门谁能理解？

我的解释就是单片机本身自带编程功能，就像把一台编程器集成到单片机上，这就很容易理解了。

它本身有一个出厂时候就固化好的编程程序，放在BOOT  ROM里，不可修改。

这个BOOT  ROM不占用系统本身的ROM空间，具体放在哪里我们不必关心，不得改动。

顺便解释一下，BOOT不是靴子的意思哦，是启动的意思。

向量的意思我理解就是一个地址，线性代数中不是有N维向量的概念吗？

其实就是一串数字，你记住是地址就行了，不要去想什么向量。

有关ISP的详细资料可以从网上下载。

不懂什么叫高低电平？

不准确的说，低电平就是0V，高电平就是电源电压5V，低电平相当于逻辑里的0，高电平相当于逻辑里的1，数字电路教材里一定有描述，我就不说了。

    我觉得开发器材的选择是这样的：

当你是初学者的时候，用一块具有ISP功能的单片机和一款实验板或叫学习板的学习足够；当你能够独立设计目标板进行小产品开发时，可以考虑购置编程器；当你成为专业单片机技术人员乃至嵌入式系统工程师的时候，仿真器对于高级产品的开发是必须的了。