单片机原理及其应用C语言版.docx
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单片机原理及其应用C语言版
注意：
本课件为上课内容的一个补充，其中难免存在错误，请读者不吝赐教，如有问题请发送E-mail到zhaojian@。
本文根据教学的情况，随时进行修改和完善，所以欢迎同学随时注意本文档在课件中的更新情况。
单片机基础知识
单片机的外部结构：
1、DIP40双列直插；
2、P0，P1，P2，P3四个8位准双向I/O引脚；（作为I/O输入时，要先输出高电平）
3、电源VCC（PIN40）和地线GND（PIN20）；
4、高电平复位RESET（PIN9）；（10uF电容接VCC与RESET，即可实现上电复位）
5、内置振荡电路，外部只要接晶体至X1（PIN18）和X0（PIN19）；（频率为主频的12倍）
6、程序配置EA（PIN31）接高电平VCC；（运行单片机内部ROM中的程序）
7、P3支持第二功能：
RXD、TXD、INT0、INT1、T0、T1
单片机内部I/O部件：
（所为学习单片机，实际上就是编程控制以下I/O部件，完成指定任务）
1、四个8位通用I/O端口，对应引脚P0、P1、P2和P3；
2、两个16位定时计数器；（TMOD，TCON，TL0，TH0，TL1，TH1）
3、一个串行通信接口；（SCON，SBUF）
4、一个中断控制器；（IE，IP）
针对AT89C52单片机，头文件AT89x52.h给出了SFR特殊功能寄存器所有端口的定义。
教科书的160页给出了针对MCS51系列单片机的C语言扩展变量类型。
C语言编程基础：
1、十六进制表示字节0x5a：
二进制为01011010B；0x6E为01101110。
2、如果将一个16位二进数赋给一个8位的字节变量，则自动截断为低8位，而丢掉高8位。
3、++var表示对变量var先增一；var—表示对变量后减一。
4、x|=0x0f;表示为x=x|0x0f;
5、TMOD=（TMOD&0xf0）|0x05;表示给变量TMOD的低四位赋值0x5，而不改变TMOD的高四位。
6、While
（1）;表示无限执行该语句，即死循环。
语句后的分号表示空循环体，也就是{;}
第一章单片机最小应用系统：
单片机最小系统的硬件原理接线图：
1、接电源：
VCC（PIN40）、GND（PIN20）。
加接退耦电容0.1uF
2、接晶体：
X1（PIN18）、X2（PIN19）。
注意标出晶体频率（选用12MHz），还有辅助电容30pF
3、接复位：
RES（PIN9）。
接上电复位电路，以及手动复位电路，分析复位工作原理
4、接配置：
EA（PIN31）。
说明原因。
具体接法如下图所示：
第二章基本I/O口的应用
例一：
在P1.0口输出一方波。
具体程序如下：
#include/*该头文档描述单片机所有特殊功能寄存器的称名,程序中可直接使用,比喻'P1'*/
voidmain（void）//一个工程项目必须有一个main函数,并且只能有一个main函数
{
while
（1）//死循环,因为永远为真
{
P1_0=1;//P1.0口输出一个高电平
P1_0=0;//P1.0口输出一个低电平
}
}
例2：
在上题中，让P1.0口接上一个发光二极管，使发光二极管能闪烁。
考虑到要人眼能看到闪烁，所在输出电平以后加上延时程序就可以了。
具体程序如下：
#include
voiddelay（void）定义一个延时函数，如果函数在主函数之前定义则不用声明。
{
unsignedinti,j;//定义两个变量用于循环控制
for（i=0;i<100;i++）
for（j=0;j<100;j++）;
}
voidmain（void）
{
while
（1）
{
P1_0=1;
delay（）;//调用延时函数，具体的延时时间要看汇编语言才能确定
P1_0=0;
delay（）;
}
}
例3完成一个循环流水灯的程序，要求在同一时间里只能有一个灯亮，在P1口上接了8个发光二极管，当P1口输出低电平的时候发光二极管就会亮。
具体程序如下：
#include
voiddelay（void）
{
unsignedinti,j;
for（i=0;i<100;i++）
for（j=0;j<100;j++）;
}
voidmain（void）
{
unsignedcharm;
while
（1）
{
P1=0xfe;//让第一个灯亮
delay（）;
for（m=0;m<7;m++）
{
P1=（P1<<1）|0x01;//将P1里的数全部向左移动一位,并保证移进P1的数为1
delay（）;
}
}
}
大家可以思考一下，如果这里改为同一时间里只有一个灯灭，程序应该怎么改？
例4让P1口输出八路倍频信号
具体程序如下：
#include
voidmain（void）
{
while
（1）
{
++P1;
}
}
例5从P1口输出倍频方波，要求P1.7变化得最快，P1.0变化得最慢。
具体程序如下：
#include
voidmain（void）
{
unsignedcharm,n;//定义两个中间变量完成交换过程
unsignedinti,j;
while
（1）
{
n=0;
++m;
n|=（m<<7）&0x80;//将第0位的值送至第7位
n|=（m<<5）&0x40;//将第1位的值送至第6位
n|=（m<<3）&0x20;//将第2位的值送至第5位
n|=（m<<1）&0x10;//将第3位的值送至第4位
n|=（m>>1）&0x08;//将第4位的值送至第3位
n|=（m>>3）&0x04;//将第5位的值送至第2位
n|=（m>>5）&0x02;//将第6位的值送至第1位
n|=（m>>7）&0x01;//将第7位的值送至第0位
P1=n;
for（i=0;i<1000;i++）
for（j=0;j<1000;j++）;
}
}
注意：
一个字节的8位D7、D6至D0，分别输出到P3.7、P3.6至P3.0，比如P3=0x0f，则P3.7、P3.6、P3.5、P3.4四个引脚都输出低电平，而P3.3、P3.2、P3.1、P3.0四个引脚都输出高电平。
同样，输入一个端口P2，即是将P2.7、P2.6至P2.0，读入到一个字节的8位D7、D6至D0。
第三章显示驱动
数码管的接法和驱动原理
一支七段数码管实际由8个发光二极管构成，其中7个组形构成数字8的七段笔画，所以称为七段数码管，而余下的1个发光二极管作为小数点。
作为习惯，分别给8个发光二极管标上记号：
a,b,c,d,e,f,g,h。
对应8的顶上一画，按顺时针方向排，中间一画为g，小数点为h。
我们通常又将各二极与一个字节的8位对应，a（D0）,b（D1）,c（D2）,d（D3）,e（D4）,f（D5）,g（D6）,h（D7），相应8个发光二极管正好与单片机一个端口Pn的8个引脚连接，这样单片机就可以通过引脚输出高低电平控制8个发光二极的亮与灭，从而显示各种数字和符号；对应字节，引脚接法为：
a（Pn.0），b（Pn.1），c（Pn.2），d（Pn.3），e（Pn.4），f（Pn.5），g（Pn.6），h（Pn.7）。
如果将8个发光二极管的负极（阴极）内接在一起，作为数码管的一个引脚，这种数码管则被称为共阴数码管，共同的引脚则称为共阴极，8个正极则为段极。
否则，如果是将正极（阳极）内接在一起引出的，则称为共阳数码管，共同的引脚则称为共阳极，8个负极则为段极。
以单支共阴数码管为例，可将段极接到某端口Pn，共阴极接GND，则可编写出对应十六进制码的七段码表字节数据如下图：
动态显示的电路连接如下图所示：
下面，我们编程在数码管上显示出“1234”。
程序如下：
#include
CodeunsignedcharSeg7Code[16]=/*用十六进数作为数组下标，可直接取得对应的七段编码字节*/
//0123456789AbCdEF
{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
voidmain（void）
{
unsignedinti;
while
（1）
{
P2|=0x0f;//消隐，让数码管开始处于不亮的状态
P0=LedCode[1];//将“1”的代码送出
P2&=0xfe;//选中第一个数码管
for（i=0;i<1000;i++）;
P2|=0x0f;
P0=LedCode[2];
P2&=0xfd;
for（i=0;i<1000;i++）;
P2|=0x0f;
P0=LedCode[3];
P2&=0xfb;
for（i=0;i<1000;i++）;
P2|=0x0f;
P0=LedCode[4];
P2&=0xf7;
for（i=0;i<1000;i++）;
}
}
关于DRIVER
编写DRIVER的目的是让程序能适应更多的场合，让我们的使用更加方便，大家可以把一些自己编过的有用的程序做成DRIVER便于自己以后的使用。
下面介绍显示的驱动程序：
首先，定义一个头文档，描述可用函数，如下：
#ifndef_LedDriver_H_//防止重复引用该文档，如果没有定义过符号_KEY_H_，则编译下面语句
#define_LedDriver_H_//只要引用过一次，即#include，则定义符号_KEY_H_
voidLedPrint（unsignedcharDat）//数据缓冲区间，完成移位功能
voidLedWork（void）//送数到显示数码管
#endif
然后，定义函数体文档LedDriver.C，如下：
#include
#include“LedDriver.h”
codeunsignedcharLedCode[16]=//Code是表示这个数组的存储空间
{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
unsignedcharDisBuf[4];
voidLedPrint（unsignedcharDat）
{
DisBuf[0]=DisBuf[1];//每次用后一个数冲掉前一个数，便于扩展显示位数
DisBuf[1]=DisBuf[2];
DisBuf[2]=DisBuf[3];
DisBuf[3]=Dat;
}
voidLedWork（void）
{
staticunsignedchari=0;/*static表示静态变量，指变量的赋值只在第一次定义的时候赋*/
unsignedintm;
P2|=0x0f;
P0=LedCode[DisBuf[i]];
switch（i）//选择数据送到哪个管子
{
case0:
P2_0=0;break;
case1:
P2_1=0;break;
case2:
P2_2=0;break;
case3:
P2_3=0;break;
}
if（++i>=4）i=0;//判断四位数是否都已经送完
for（m=0;m<1000;m++）;//延时
}
这样DRIVER的程序就编好了，我们以后用的时候直接调用函数就可以了。
主程序可以编写如下：
#include
#include“LedDriver.h”
voidmain（void）
{
LedPrint
（1）;//调用函数，把想显示的数据送如缓存
LedPrint
（2）;
LedPrint（3）;
LedPrint（4）;
while
（1）
{
LedWork（）;
}
}
下面介绍一个例子供大家参考。
显示“12345678”
P1端口接8联共阴数码管SLED8的段极：
P1.7接段h,…，P1.0接段a
P2端口接8联共阴数码管SLED8的段极：
P2.7接左边的共阴极，…，P2.0接右边的共阴极
方案说明：
晶振频率fosc=12MHz，数码管采用动态刷新方式显示，在1ms定时断服务程序中实现
#include
unsignedcharDisBuf[8];/*全局显示缓冲区，DisBuf[0]对应右SLED，DisBuf[7]对应左SLED*/
voidDisplayBrush（void）
{codeunsignedcharcathode[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//阴极控制码
codeunsignedcharSeg7Code[16]=//用十六进数作为数组下标，可直接取得对应的七段编码字节
{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
staticunsignedchari=0;//（0≤i≤7）循环刷新显示，由于是静态变量，此赋值只做一次。
P2=0xff;//显示消隐，以免下一段码值显示在前一支SLED
P1=Seg7Code[DisBuf[i]];//从显示缓冲区取出原始数据，查表变为七段码后送出显示
P2=cathode[i];//将对应阴极置低，显示
if（++i>=8）i=0;//指向下一个数码管和相应数据
}
voidTimer0IntRoute（void）interrupt1
{
TL0=-1000;//由于TL0只有8bits，所以将（-1000）低8位赋给TL0
TH0=（-1000）>>8;//取（-1000）的高8位赋给TH0，重新定时1ms
DisplayBrush（）;
}
voidTimer0Init（void）
{
TMOD=（TMOD&0xf0）|0x01;//初始化，定时器T0，工作方式1
TL0=-1000；//定时1ms
TH0=（-1000）>>8;
TR0=1;//允许T0开始计数
ET0=1;//允许T0计数溢出时产生中断请求
}
voidDisplay（unsignedcharindex,unsignedchardataValue）
{
DisBuf[index]=dataValue;
}
voidmain（void）
{
unsignedchari;
for（i=0;i<8;i++）{Display（i,8-i）;区qhkode[DisBuf[i]];//;f7,0xfd,0xfb,0xfe};__________________________________________________________________________________}//DisBuf[0]为右，DisBuf[0]为左
Timer0Init（）;
EA=1；//允许CPU响应中断请求
While
（1）;
}
第四章键盘驱动
单片机I/O口作为输入的前提是必须首先输出一个高电平。
charKbhit（void）
{
P1.0P1_0=1;//使P1.0作为输出口使用
if（P1_0==1）return（0）;
elsereturn
（1）;//如果有键按下则返回1
}
一般来说，按键的时候会有抖动，我们可以用加延时的办法来去除抖动。
即：
P1_0=1;
if（P1_0==1）return（0）;
else
{
延时20ms;
if（P1_0==1）return（0）;//表示前面的按键为键抖动,不是真的按下了
elsereturn
（1）;//确实是按下了键,返回1,表示有键按下
}
一般来说我们在一个单片机系统中都不可能只有一个按键,因此我们介绍下面这个行列式4X4按键。
由P1端口的高4位和低4位构成4X4的矩阵键盘，本程序只认为单键操作为合法，同时按多键时无效。
判断有无键按下的程序：
charKbhit（void）//定义一个返回值为char型的函数
{
P1=0xf0;//使键盘的列为高电平,作输入,行为低电平,作输出
if（P1==0xf0）return（0）;//判断是否有键按下
elsereturn
（1）;
}
下面我们来写取键值的程序:
unsignedcharGetKeyCode（void）
{
unsignedcharkeycode;//定义一个键值变量用于判断键值
P1=0x0f;
keycode=P1;
P1=0xf0;
keycode|=P1;//将组合以后的键值存储
switch（keycode）根据键值变量判断到底是哪个键按下了
{
case0xee:
return（0）;break;
case0xde:
return
（1）;break;
case0xbe:
return
（2）;break;
case0x7e:
return（3）;break;
case0xed:
return（4）;break;
case0xdd:
return（5）;break;
case0xbd:
return（6）;break;
case0x7d:
return（7）;break;
case0xeb:
return（8）;break;
case0xdb:
return（9）;break;
case0xbb:
return（10）;break;
case0x7b:
return（11）;break;
case0xe7:
return（12）;break;
case0xd7:
return（13）;break;
case0xb7:
return（14）;break;
case0x77:
return（15）;break;
}
}
下面是键盘的Driver程序：
首先我们还是来写KeyDriver.h这个程序：
#ifndef_KeyDriver_h_
#define_KeyDriver_h_
charKhbit（void）;
charGetch（void）;
#endif
注意:
我们写的头文件必须存在当前工程所在的文件夹里,而定义函数的C文件放在任意地方都可以,我们只需要去选择它的目录,添加到我的工程中就可以了。
下面我们来写KeyDriver.c文件:
#include
#include"KeyDriver.h"
charKbhit（void）
{
P1=0xf0;
if（P1==0xf0）return（0）;
elsereturn
（1）;
}
unsignedcharGetKeyCode（void）
{
unsignedcharkeycode;
P1=0x0f;
keycode=P1;
P1=0xf0;
keycode|=P1;
switch（keycode）
{
case0xee:
return（0）;
case0xde:
return
（1）;
case0xbe:
return
（2）;
case0x7e:
return（3）;
case0xed:
return（4）;
case0xdd:
return（5）;
case0xbd:
return（6）;
case0x7d:
return（7）;
case0xeb:
return（8）;
case0xdb:
return（9）;
case0xbb:
return（10）;
case0x7b:
return（11）;
case0xe7:
return（12）;
case0xd7:
return（13）;
case0xb7:
return（14）;
case0x77:
return（15）;
}
}
最后我们来做一个按键显示程序:
#include
#include"LedDriver.h"//包含显示驱动里的送数入显存和显示函数
#include"KeyDriver.h"//包含键盘里的判断有键按下和判键值函数
voidmain（void）
{
unsignedchark;
for（k=1;k<5;k++）/*将1234四个数送入显存,使程序在没有按键的时候显示1234四个数字在数码管上*/
{
LedPrint（k）;
}
while
（1）
{
LedWork（）;//调显示函数,使显存里的数显示在数码管上
if（Kbhit（）==1）//判断有无键按下
LedPrint（GetKeyCode（））;//有键按下的时候将键值送到显存
}
}
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