51单片机学习心得.docx
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51单片机学习心得
51单片机的那些事儿
(一)
记:
笔者在大三下学期开始接触51系列单片机,历时120天的苦苦琢磨,方有小成,回首望去,颇有感慨。
现将心得分享一下。
希望对广大志同道合之士有所启发和帮助。
一,单片机到底是个什么东东
初学单片机,很容易被吓到,看着密密麻麻的管脚,还有一堆什么诸如MOV,DJNZ,AJMP,ORG,EQU等等让人头疼不已的东东,确实摸不着头脑。
不用怕,单片机就是一个数字集成电路,一个芯片,可以以一定的频率执行你规划好的一个过程,快速守时,节能高效,并且指令相对精简,过程明了,是一个很给力的助手。
单片机具有其工控方面的独特优势,但是由于51系列是8位的,不适合处理多媒体,只可以做一些相对简单的流程控制。
说得再简单一些,单片机就是个什么也不知道的孩子,你教他做什么,怎么做,他就一遍遍不厌其烦的重复你教他的东西。
二,单片机的内部应用特点
单片机的应用很有特点。
大体分为I/O,串行通信,PWM脉宽调制(属于I/O的一部分),定时/计数,中断这几类。
至于I/O嘛,就是输入和输出,方式有并行,串行,I2C,PWM脉宽调制等等。
以后会一一讲来。
(一),基础I/O应用
单片机最常见的就是I/O应用,一片51单片机,共40个引脚,有32个引脚是负责I/O的,可见单片机就是一个吞吐数据的黑盒子。
单片机首先要看的就是四个I/O端口,什么叫端口,就是负责I/O管脚与外部沟通的数据寄存器。
51单片机有4个I/O端口,分别为P0,P1,P2,P3口。
我们可以直接对这四个寄存器写入数值,控制这32个管脚的电平高低,高就是1,低就是0。
这四个端口一共管辖32个管脚,单片机中的布尔操作(按位操作)是很人性化的,我们可以针对这32个管脚中的某一个管脚进行单独控制。
例如,我们让P2.1管脚位高电平,那么我们就用汇编语句“”或者C51语句,“SBITP2_1=P2^1P2_1=1”即可实现。
当然,你会发现,很多集成芯片都是用低电平来控制的,这是为什么呢。
C51单片机复位之后,P0,P1,P2,P3四个端口的值均被设置为0FF,也就是说,那32个输入输出的管脚都被设置为高电平。
如果那些外部芯片的使能信号是高电平有效,还没等我们操作,刚复位,那些外部芯片就开始该干嘛干嘛去了,整个系统岂不乱了套。
所以,单片机无论是控制外部电路还是从外部读取数据,一般都是对低电平很敏感。
例如,我们想通过P1.1管脚接一个开关来控制P0.1上面接的LED的亮灭。
因为P1.1复位后初始状态时高电平,所以我们得给它一个低电平,它才知道外部发生了情况,所以,单片机在I/O中,低电平是很常用的。
一个端口对应了8个管脚,寄存器就有8位,对应那8个管脚的高低电平,哪位是1,哪位就是高电平。
如P0拥有8位,分别是P0.0,P0.1,P0.2,P0.3,P0.4,P0.5,P0.6,P0.7。
P0中存入的数据也是转化为8位二进制码,最高位对应P0.7,最低位对应P0.0。
例如,MOVP0,#7FH,我们发现,7FH转化成二进制是01111111,所以P0.7为低电平,P0.0为高电平。
我们用MOV指令向P0,P1,P2,P3四个端口寄存器写入数值,那32个管脚就会对应出现高低电位,1就是高,0就是低。
还可以对某一个管脚单独控制高低电位,例如:
让P0.0呈现高电位,则SETBP0.0,让3.1出现低电位,则CLRP3.1。
通过I/O,我们可以实现彩灯循环,彩灯闪烁等等简单的实验,还可以实现按键控制,包括比较高级的矩阵键盘,数码管,包括更加复杂的LCD1602液晶显示屏的应用。
这些具体的例子,后面我们详谈。
(二)串行,PWM,定时/计数
这几个为什么要混在一起呢,因为这些东东都与定时器有关。
在51单片机中,有三个叫定时/计数器的东东十分神奇,为什么呢,因为它们最准时守信用,而且一遍遍不厌其烦的在那里查数。
它们是最准确的时间标准。
定时/计数器在单片机的应用十分广泛,这也是在测量领域应用较多的地方。
顾名思义,定时/计数器的作用就是可以进行定时,也可以计数。
什么是定时呢,就是你告诉他从几开始查起,他就开始查数,查到他无法容纳的那个最大值的时候,他开始给你个提醒,然后你再不理他,他就保留在最大的值那里,然后在那里罢工,歇歇脚。
超出他所能容纳的数值,就叫做溢出。
由于我们不能决定单片机查到多少时候停止,单片机比较傻,只知道查到他能容纳的最大值,不到溢出,他是不会轻易停下来的,所以我们只能依靠改变初始值来得到我们想要的预定时间,单片机每查一个数,消耗的时间是固定的,为一个机器周期,时间是可以算出来的,一般是晶振频率的倒数,再除以12。
所以,查了多少个数就消耗了多少个周期,我们就给它个初始值,让其查到最大值,中间查过多少个数,就是多少个周期,总时间就是已知的。
定时/计数器的使用,需要设置模式,就是一个叫TMOD的寄存器,TMOD就像一个盒子,你扔进去一个对应的数字,它就得到一个对应的工作方式。
例如:
MOVTMOD,#20H
TMOD寄存器共有8位,可存储8位二进制码。
从高到低分别是
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
GATE
C/T
M1
M0
GATE
C/T
M1
M0
这四位负责T1定时器
这四位负责T0定时器
其中:
GATE=0时,只要将TR0/1置1,就可以启动定时器工作。
GATE=1时候,首先要将TR0/1置1,然后INT0/1为高电平,才启动T0/1。
C/T=0,是定时器。
C/T=1时是计数器,对外部P3.4/P3.5管脚的信号进行计数。
M1
M0
工作方式
功能
0
0
方式0
13位计数器,取TH为高八位
0
1
方式1
16位计数器
1
0
方式2
自动填装8位计数器,TH将值填给TL
1
1
方式3
定时器0分为2个8位计数器
至于M1,M0,参照如下表格
除此之外,SETBTR0就可以启动T0,SETBTR1就可以启动T1.
CLRTR0就可以停止T0工作。
CLRTR1就可以停止T1。
T1定时器发生溢出时候,TF1由0变成1.
T0定时器发生溢出时候,TF0由0变成1.
TH1,TL1为T1定时器初始计数值,TH1为高八位,TL1为低八位。
当13位计数器计数达到1FFFH,16位计数器达到FFFFH时候,发生计数器中断。
TF0/1变为1.由TF0/1变化我们知道它计数计满了,我们需要得到的时间间隔达到了,利用TF0/1来提醒时间到,进行相应操作,是计数器应用中很常用的办法。
至于定时器中断,我们在中断一节中再谈。
至于计数器,初始状态应该从TH=00H,TL=00H开始,到TR0/1被置为0,停止工作为止。
方式2为自动填装8位定时器。
即每次计数计到0FFH,TH1将值自动填装给TL1,然后T1再从TL1的值开始计数,一直计到0FFH。
它一般作为串行通信的波特率发生器。
串行通信用的不多,除了烧录固件,剩下的就是简单的通信应用,因为每个字母和符号都可以用ASCII码表示,ASCII码其实是8位二进制,即两位十六进制表示的。
串行通信涉及到的参数有,波特率(由定时器管辖或者固定的),SCON(控制串行通信的方式)
SCON的各位定义如下
SCON
地址为98H
复位时候是00H
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
SM0
SM1
SM2
REN
TB8
RB8
TI
RI
其中:
SM0,SM1定义如下
SM0
SM1
方式
说明
波特率是多少
0
0
0
同步移位寄存器
晶振频率/12
0
1
1
10位异步收发
由定时器控制
1
0
2
11位异步收发
晶振频率/32或64
1
1
3
11位异步收发
由定时器控制
其中:
REN设为1,是允许接收。
当单片机接收一个ASCII码完工,就是SBUF存满了,RI会由0变成1,告诉系统,它接收的信息全面了,可以使用了。
当一个ASCII码发送完工,发成功了,SBUF寄存器就空了,可以再用,这时候,TI会由0变为1,告诉系统它空了,可以再送入SBUF寄存器中一个字符,让它再发送出去。
方式0时候,波特率固定,就是晶振频率除以12.
方式1和方式3的波特率通常是晶振频率fosc/(12*32*(256-TH1));
方式2的波特率一般为晶振频率/64;
但是有一种情况,方式1,2,3的波特率不是上面所说的一般情况。
那就是SMOD等于1的时候,一般情况,SMOD=0;波特率是上面写的公式;
SMOD是PCON寄存器的最高位,就是地址87H中存的数的最高位。
用MOV87H,#80H就可以让SMOD=1,上面写的方式1,2,3的波特率公式都要乘以2,就是当SMOD=1时候波特率加倍。
PWM,叫脉宽调制,就是控制一个周期信号的占空比,就是一个周期中,高电平占多少,它的作用一般就是控制电机转速。
就是通过定时器定下一定的时间来维持高电平和低电平。
高电平时候电机工作,低电平时候不供电。
或者相反。
具体代码在程序一章会讲。
(三),中断
中断,是单片机应用中最为给力的一项功能,中断,顾名思义,就是在程序执行过程中,遇到一个情况,程序执行出现断路,断开之后,要去执行别的东西,这些突发的事情处理完,回过头来,从刚刚断开的那个地方的下一句再执行。
举个例子,我正在兴致勃勃的写着程序,突然间老婆大人打来电话,我就得放下手里的事情,马上出去接老婆的电话,挂了电话之后,又得继续写我的程序。
来电话之后,我放下手头工作,就叫中断。
出去接电话就叫中断处理,回来继续写的第一句代码就叫中断断点。
51单片机中,AT89C52有6个中断源,从优先级的高到低,分别为:
中断源
中断编号
说明
中断程序地址
外部中断0
1
0003H
定时器0溢出
2
定时器0溢出
000BH
外部中断1
3
0013H
定时器1溢出
4
定时器1溢出
001BH
串行口收发完
5
串口收发完工
0023H
定时器2溢出
6
定时器2溢出
002BH
中断的使用,首先要打开中断,然后设置中断相关参数:
打开中断,首先要打开总中断开关,就是让EA为1,即SETBEA
串行口中断需要打开它的开关,就是ES,执行SETBES就可以。
然后,用到哪个中断,就打开对应开关,就是把下面对应的参数设为1就可以
ET1
T1溢出中断,SETBET1就可以开启
ET2
T2溢出中断,
ET0
T0溢出中断
EX1
外部中断1,使用时要SETBEX1
EX0
外部中断0
除此外,外部中断还可以选择是用低电平触发还是下降沿触发。
IT0=1,就是执行SETBIT0之后,外部中断0为下降沿触发,否则是低电平触发。
IT1=1,外部中断1是下降沿触发,否则是低电平触发。
三,单片机中的灵魂-----程序代码
说到程序,很多初学的同学甭提多么纠结了,程序给人的感觉和我们的语言习惯大不一样,整个一个逻辑竞猜和脑筋急转弯。
其实程序就是一个过程,只是表现形式为代码,通过算法的各种原理,组合到了一起。
其实所有程序的过程都是清晰明了的。
只要细心思考分析,并不是那么可怕。
51系列单片机,可以采用汇编语言来编写程序,最后存储为asm类型的文件,或者用C语言编写,最后存为c类型的文件,通常我们用keil软件将其编译为hex类型的文件,然后用单片机烧录软件将其烧录到单片机中,就可以达到我们预想的结果了。
笔者个人觉得,想学好程序,要先懂得单片机的内部构造,主要是要懂得各大寄存器的名字和使用方式。
这个通晓了,一切自在掌握之中。
51单片机有如下一些寄存器。
通用寄存器,就是R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7.这些寄存器用着比较方便,只要直接向里面传送数据就可以。
例如,我们向R0里面存一个数23H,那么就编写MOVR0,#23H。
算数寄存器,ACC和B,ACC累加寄存器用的较多,关于加减乘除很多都围绕ACC进行,使用中我们将ACC的名字简化为A,例如,我们向A中存一个数33H,那么就编写MOVA,#33H。
这里面的#33H,为什么要加一个“#”呢,因为单片机中,内存的地址也是两位十六进制,33H既可以表示内存中33H那个存储区域,又可以表示一个数字33H。
为了区分,我们将数字写成#33H。
什么?
你想在内存中33H那个区域存一个数72H?
好吧,我们就和这个33H地址对应的区域较一较劲。
单片机中,我们不能直接对一个明确的地址写入数据。
但是我们可以间接的访问这个33H对应的地址,那就要借助,R0和R1。
只有它们才能起到间接辅助寻址的功能。
好,我们来实现它。
首先要访问33H,我们就先把33H存入R0,编写MOVR0,#33H现在R0里面有了个33H,然后编写MOV@R0,#72H很多朋友都会说这个不就是寻址方式中的寄存器寻址吗,对,寻址方式不是重点,有兴趣大家参照单片机教材资料,了解一下即可。
重点是为什么这里用@R0,其实和电子邮箱地址中的@一样,这里的@表示的就是“在R0里面的数字对应的地址”,R0存了33H,这里@R0,就是指的33H这个地址,我们对这个地址写入一个72H,所以就要编写,MOV@R0,#72H。
还有就是四个I/O寄存器,P0,P1,P2,P3它们直接关系到那32个管脚的高低电平,直接对其写入就可以了,MOVP1,#33H.当然也可以针对某一个管脚操作,就是布尔操作,用SETBP1.0就可以把P1.0置为高电平,CLRP1.0就是把P1.0置为低电平。
其余的,有个位寄存器C,其实C就可以存1或者0,它是表示进位的标志,再没有进位情况下,我们可以用它来当做位操作的中间站。
闲言少叙,我们开始谈谈汇编语言。
51系列的汇编指令不是很多,而且规律性比较强。
还有那些伪指令,大家可以参照教科书一一了解。
汇编语言模块化不是很强,调用模块比较麻烦,属于底层语言,直接面向硬件,每个操作都可以落实到确切的寄存器上。
大体上设计方法有四种:
顺序法,查表发,分支法,循环法。
程序设计要注意伪指令的应用。
首先ORG很重要,它可以定义程序对应ROM的地址,然后是END,虽然程序并不是执行到END结束,但是END可以告诉编译工具,到END就可以停止编译了。
BIT伪指令表示用一个名字替代位地址。
那么P1.1就可以用EN来表示。
SETBP1.1和SETBEN就是等价的了。
EQU的作用就是表示等价。
例如:
PIEUQ34H表示这个数34H可以用PI来代表。
执行MOVP1,#34H和MOVP1,#PI是等价的。
DATA伪指令用于定义一个ROM中的地址。
例如L1DATA3000H表示标签为L1的程序要存在3000H开始的ROM中的区域。
那么什么是标签呢?
程序中的某一句话可能比较重要,我们需要切换到这句话怎么办,就在这句话前面加上一个标签,例如,我们把MOVP1,#30H这句加上标签L1.
它就可以写成L1:
MOVP1,#30H然后跳转到L1,或者调用L1,就执行后面的MOVP1,#30H了。
接下来列举几个小程序,逐一分析一下。
彩灯循环:
这是常见的简单程序,我们先让P0口接的LED中的一个灯亮,然后顺序左移,移到最后一个再右移。
循环往复。
代码如下:
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0080H
MAIN:
MOVA,#7FH这行是让一个灯亮起来
MOVP0,A
MOVR0,#07H移动7次
MOVR1,#07H
MOVR2,#0FFH用来延时,要不然太快了
MOVR3,#0FFH
L1:
RRCA
MOVP0,A
L2:
DJNZR2,L2
NOP
NOP
NOP
NOP
DJNZR3,L2
DJNZR0,L1
MOVR3,#0FFH
MOVR2,#0FFH
L3:
RLCA
MOVP0,A
L4:
DJNZR2,L4
NOP
NOP
NOP
NOP
DJNZR3,L4
DJNZR1,L3
AJMPMAIN
END
程序编写很重要的一个原则是节约简洁高效,我写这个程序为了细致明了,其实已经浪费了很多代码。
希望专业的朋友不要见怪。
整个过程主体是顺序执行,结尾又跳转回开头的主程序,这就是循环体。
到此为止,第一节就结束了,后续文章中我会继续分享心得和体验。
欢迎支持。
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