嵌入式硬件-51单片机

本系列博客以STC98552RC芯片为示例学习。

一.基本概念

1.单片机基础

2.CPU与内存交互

3.位运算

	示例（操作 P2.1）
把某位置 1	P2 |= (1 << 1);
把某位清 0	P2 &= ~(1 << 1);
翻转某位	P2 ^= (1 << 1);
判断某位是否为1	if (P2 & (1 << 1))
判断某位是否为0	if (!(P2 & (1 << 1)))
同时操作多位	同时置位 P2.0 和 P2.1： P2 |= (1 << 0) | (1 << 1) 同时清零 P2.0 和 P2.1： P2 &= ~((1 << 0) | (1 << 1))
定时器高低位赋值	TL0 = num;     TH0 = num >> 8;

4.逻辑分析仪

1. 共地（最重要）
   逻辑分析仪的 GND 必须和单片机的 GND 连在一起，否则电平没有参考点，抓出来的波形全是乱码或噪声。

2. 电压匹配
   51 单片机一般是 5V 电平，大多数廉价逻辑分析仪支持 5V 输入（但有些只支持 3.3V）。接之前最好确认一下你的逻辑分析仪输入电压范围，避免烧坏。

3. 不要接错电源
   逻辑分析仪的通道输入是高阻抗的，只测信号，不会给单片机供电。千万别把 VCC 接到逻辑分析仪的通道上，只接信号线和 GND。

二.硬件详解

1.led

共阳极二极管，低电平导通

void led_init(void)
{
	P2 = 0xFF;
}

void led_all_on(void)
{
	P2 = 0;
}

void led_all_off(void)
{
	P2 = 0xFF;
}

void led_nor(void)
{
	P2 ^= 0xFF;    
}

void led_on(unsigned int n)   
{
	P2 = ~n;	  
}

2.数码管，三极管

四个NPN共阴极三极管控制位选，P0寄存器引脚控制段选

// 共阴极段码表
unsigned char seg_table[] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F};
//0-9
// 位选
void Select_Bit(unsigned int n)
{
	// P1寄存器低四位清零
	P1 &= ~(0x0F << 0);
	// 选中第n位数码管
	P1 |= (1 << n);
}

// 段选
void Select_Seg(unsigned int n)
{
	 P0 = seg_table[n];
}

// 数码管动态显示
void Digiter_show(unsigned int n)  // 1234  
{
	  int m = 0;
	  int t = 0; 

	  while (n != 0)
	  {
	  	 m = n % 10;
		 P0 = 0;
		 Select_Bit(t++);
		 Select_Seg(m);
		 delay(100);
		 n /= 10;
	  }	
}

3.按键

初始化：

P1 |= (0x0F << 4);   // 把 P1.4、P1.5、P1.6、P1.7 置 1
P3 |= (1 << 5);      // 把 P3.5 置 1

//硬件本应实现下拉电阻，将按键初始为高电平状态，但本芯片硬件无实现，故通过软件置1.

按键的“初始化”只是把引脚设为输入状态，之后引脚电平变化是硬件自动完成的，不需要再调用初始化函数。

状态	引脚电平	原因
按键松开	高电平（1）	引脚内部有弱上拉（或外接上拉电阻），把电平拉到 VCC
按键按下	低电平（0）	按键把引脚直接短接到 GND，强行拉低

检测按键：

	if ((P1 & (1 << 4)) == 0)  // 检测到第一个按键被按下
	{
	   ret = 1;
	}
	else if ((P1 & (1 <<5)) == 0)
	{
	   ret = 2;
	}
	else if ((P1 & (1 << 6)) == 0)
	{
		ret = 3;
	}
	else if ((P1 & (1 << 7)) == 0)
	{
		ret = 4;
	}
	else if ((P3 & (1 << 5)) == 0)
	{
		ret = 5;
	}

4.中断

以外部中断0为例：

// 外部中断0 中断服务函数
void int0_handler(void)		interrupt 0
{
   	g_i++;				  //由于硬件存在一定误差，会出现中断触发不稳定，不会按照理想情况一次次触发
}
// 外部中断0初始化
void int0_init(void)
{
	// 1. int0:P3_2引脚拉高
	P3 |= (1 << 2);

	// 2. 外部中断0子开关 + CPU中断开关
	IE |= (1 << 0) | (1 << 7);

	// 3. 外部中断0引脚中断触发方式：下降沿触发
	TCON |= (1 << 0);
}

5.定时器

// 定时器0中断服务函数
void timer0_handle(void) 	interrupt 1
{
	TL0 = g_x;
	TH0 = g_x >> 8;

	P2 ^= (1 << 1);	   
}

// 定时器0初始化
void timer0_init(void)
{
	// 1. 配置定时器0模式：16位定时器
	TMOD &= ~(0x0F << 0);  
	TMOD |= (1 << 0);

	// 2. 设置定时器初值	 11.0592MHZ:64626  12MHZ:64535
	TL0 = g_x;
	TH0 = g_x >> 8;

	// 3. 开启定时器0，开始计数
	TCON |= (1 << 4);

	// 4. 开启定时器0中断 + CPU总中断
	IE |= (1 << 1) | (1 <<7);
}

6.蜂鸣器

1. 单片机引脚 P21（P2.1）通过电阻 R22 (1kΩ) 连到了 NPN 三极管 Q5 的基极（B）。

2. 三极管 Q5 的发射极（E）直接接了 GND（地）。

3. 跳线帽的作用，就是把 P21 和这个三极管基极“连在一起”。

4.  为什么连在一起，P21 就是低电平了？（核心原理）

   在 NPN 三极管内部，基极（B）和发射极（E）之间，相当于一个二极管（PN结）。

   当单片机程序想把 P21 输出高电平（1），用来关掉 D2 灯时，电流会顺着 P21 → R22 → 三极管基极。
   由于三极管的发射极是接地的，这个电流会直接通过基极-发射极这个“二极管”流向 GND。

   结果：这个 PN结会把 P21 的电压死死“钳位”在约 0.7V，而不是希望的 5V。
   在数字电路里，0.7V 被判定为逻辑低电平（0）。所以，跳线帽插着的时候，P21 永远无法维持高电平，D2 灯（低电平点亮）就永远亮着。

5. 这个电路设计其实是“高电平驱动”的 NPN 蜂鸣器。也就是给 P21 高电平，蜂鸣器才响。但之前 D2 灯是“低电平亮”。这就导致两个功能完全冲突：灯亮意味着低电平，蜂鸣器不响；蜂鸣器响意味着高电平，灯灭。这就是硬件复用的坑，所以只能用跳线帽物理隔离。

蜂鸣器发声原理：根据发声频率与单片机工作频率计算定时器初值，发声频率越高，单次发声间隔越短，定时器初值越高（越接近溢出值），中断执行越频繁，蜂鸣器发声频率也就变高，实现了不同频率发声。

无源蜂鸣器一个震荡发声一次：

• 每次定时器中断 → 引脚电平翻转一次

• 两次中断 → 电平翻转两次 （一个完整周期）。

• 每秒发生多少个完整周期 → 就是发声频率（Hz）。

#define HZ_200	63035
#define HZ_400	64285
#define HZ_600  64702
#define HZ_800	64910
#define HZ_1000	65035

蜂鸣器类型	P2.1 持续高电平的结果	原因
有源蜂鸣器	✅ 一直响	内部自带振荡电路，只要通电就发声
无源蜂鸣器	❌ 不响（或只“嗒”一声）	内部没有振荡电路，必须靠外部不断翻转电平（方波）驱动

// 定时器0中断服务函数
void timer0_handle(void) 	interrupt 1
{
	TL0 = g_x;
	TH0 = g_x >> 8;

	P2 ^= (1 << 1);	   
}//P2.1引脚连接蜂鸣器与led的D2灯，通过不断对P2电平翻转实现蜂鸣器工作