20180903 实验1 单片机资源的使用

本实验主要内容有：①……，②该单片机所有的资源，③如何用C语言编程控制该单片机。

如果想详细了解单片机的发展历史，请上网搜索。特别地，如果有同学有幸运地选上了光电学院老张老师的课，你们将对单片机有更加丰富的了解。

51单片机，来源于Intel公司于1981年推出的8051芯片。之后，Intel公司将51内核授权给了其他的公司。后来，很多公司就基于该内核开发出了具有更多功能、更低功耗的芯片，延续至今。

过去，51单片机甚至可以参与计算。现在，单片机的主要功能仅仅为采集数据、初步处理、上传数据和控制输出。时下，不可能让如此之慢的芯片，参与到高速运算与高速数据传输当中了。

笔者对单片机的理解，单片机外部有个晶振，负责持续产生一高一低的方形电压波形，称之为方波。这个过程，类似于打节拍。这个节拍，称之为工作频率，传递给了单片机，单片机才能正常工作，执行指令。有些指令，只要一个节拍；有些指令，需要多个节拍。这些指令分类如下：

1. 数据传送指令，让寄存器、内存、立即数中的数据，传送来，传送去，相互传送，相互转换；
2. 计算指令，使寄存器、内存、立即数中的数据，进行加减乘除或逻辑运算；
3. 转移指令，当满足条件，或不满足条件，或无条件之时，跳转到别的地方去执行。

寄存器，是一种临时存储小量数据的地方，离单片机的核心最近，单片机调用寄存器是最快的；内存，是存储较大量数据的地方，相比于调用寄存器，单片机修改内存中的数据较慢；立即数，是指令中直接包含的数字，只能读取，不能修改。

另外，单片机的各种功能，都会映射到内存的特定位置，修改内存中这些特定位置的值，可以达到使用单片机某些功能的效果。这些特殊的内存位置，称之为SFR特殊功能寄存器。

图是传统8051单片机的引脚图，借古观今，现在我们使用的单片机兼容了曾经的设计，增加功能，速度更快。由图可知，这些引脚分为了很多组，有P0、P1、P2、P3和其他。其中，P开头这些引脚，可以直接由程序控制它们的输出或者读取它们的输入，有些引脚标注上还带有括号，表明它们具有第二功能。

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P0组的字母AD，分别表示Address地址和Data数据。P2组的字母A表示Address。P0和P2这两组，与P36、P37的读/写使能信号，以及31号引脚的地址有效信号，这些信号可以使得单片机读取"外部"RAM存储器里的数据。其中，P0这种同时表示两种功能的设计，是为了节省引脚，称之为引脚的复用。

P1组引脚上没有标记它们具有第二功能，但这些引脚默认为输入模式，可以通过修改SFR配置为正常的IO口。

P3组引脚每一个都具有特殊功能。

P30和P31的第二功能为一组，它们是当时一种叫做UART的通讯方式必需的引脚。TXD表示TransmitData，发送，RXD表示ReceiveData，接收。这俩引脚可以通过电平转换芯片接到串口上，以便单片机和计算机通讯，或者接到其他的单片机上，让它俩来通讯。现在的计算机上通常没有直接的串口，需要通过串口转USB芯片，模拟出一个串口来。

P32和P33的第二功能一样，INT表示Interrupt，中断。当这些引脚上的信号满足预设的变化时，例如产生上升沿或下降沿，将中断单片机正在干的活，并调用处理中断的程序，中断处理完成以后，再返回并继续运行刚才干的活。

P34和P35的第二功能一样，T表示Timer，定时器。单片机中，定时器和计数器采用同样的结构，只是信号来源不同。定时器来源于内部的工作频率，计数器来源于外部的信号，P34和P35端口。当这俩端口每接收到一个上升沿，内部计数变量就+1/-1，直到满足预设的条件，就告诉单片机，又要中断来干特定的活了。

其他的端口：VCC、GND是电源；XTAL是晶振。传统的51单片机的外部引脚图就解释到这了，我们这个实验中使用的单片机比传统的多了很多功能，具体情况详见芯片手册和图。

STC15宣传图片

STC15系列的单片机，也采用了51内核，也具有并行端口PX，串口，外部中断，计数器，还具有存储数据用的E2PROM，PWM输出等等。

话不多说，作为单片机的学习者，也作为未来的电子工程师们，让我们来结合原理图、芯片手册等必备资料，创建一个新的工程吧！

控制LED小灯亮灭

在计算机上的C语言学习中，打印出"Hello World!"标志着初窥C的门槛。而在单片机的学习中，点亮小灯的地位相当于打印"Hello World!"。

在实验0中，为什么"P35=0;"这行代码可以使得小灯亮起来，原理请看图。

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图中，m1接高电平，P35接单片机P35接口。LED小灯的两端，需要有一个电压差才能亮起来。故，当P35为低电平时，两端存在电压差，LED导通，发光。因此，这里用C语言代码可以使得小灯亮灭："P35=0;"小灯亮，"P35=1;"小灯灭。

控制LED小灯闪烁亮暗

既然，小灯亮灭的关键因素已了熟于心，接下来，我们要让这个小灯作出一些动态效果。比如，0.5秒切换一下，形成一种闪烁的效果，或者能够调节亮暗。代码如下：

代码的关键，在于那个看起来"无意义"的循环。单片机有自己的工作频率，如果让它做循环，就相当于消耗时间。而这个循环次数的计算方式，需要根据工作频率慢慢地调整，也可使用Keil的仿真功能，估算大致时间。

人眼能察觉到的，发生变化的时间，大约是1/60s，凑个整算1/100s吧（这里对时序要求不严格）。如果能在人眼察觉不到的情况下，让小灯"闪烁"，那么灯的亮度看起来就会减弱。目前，这种常用的调节LED小灯的方式，称之为PWM脉冲宽度调制。它的原理是，在周期不变的情况下调节高电平占整个周期时常的百分比（占空比），示意图如图所示。请同学们尝试编写相关代码。（由于P35端口第二功能只有时钟输出功能，没有直接的PWM输出功能，可用时钟输出功能稍加设置输出PWM波形，具体请看芯片手册第2章、第7章）

占空比示意图

定时器控制LED小灯

上述控制小灯闪烁亮暗的方式，存在一个巨大的弊端：单片机核心完完全全地把时间花费在循环上了，单片机在空转的时候没有办法做别的事情。因而，我们需要另辟蹊径。单片机上具有一种定时器/计数器的功能，首先将计数变量预设为一个值，输入的信号每来一个上升沿，内部的计数变量就-1，直到计数变量为0，就触发一段特定的程序，这个功能正好为我们所用（详情参见芯片手册第7章）。

若要使用定时器功能，需了解如下几个SFR或其中特殊的位：定时器/计数器控制寄存器TCON、定时器/计数器模式寄存器TMOD、定时器/计数器计数寄存器TH/L*、定时器/计数器中断控制位ET*、总中断控制位EA。代码如下：

按钮切换LED小灯亮灭

接下来，我们来通过外部输入，比如按钮按下，来切换小灯的亮灭。

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开发板上有两个按钮，一个在屏幕下方，一个在侧面，原理图如图所示。当按钮按下时，按钮导通，P33或P14被拉低至低电平。这里，P14端口具有外部中断功能，我们通过设定一些SFR，使得按下按钮，小灯切换亮灭状态。

代码如下：

串口控制LED小灯

串口是一种常见的通讯端口，原理图如图所示。单片机串口与CH340T芯片连接，CH340T芯片和USB的差分信号线D+D-相连。现在的家用计算机上大多没有直接的串口了，只有常见的USB接口。这里，CH340T芯片的功能，则是将串口通讯的UART协议、单片机的TTL电平转换为USB协议、电平，使得PC机（上位机）可以和单片机通讯。

UART原理图

有了这种芯片，单片机开发串口程序不需要理会USB协议，上位机上开发程序也不需要理会USB协议，它就像一个中间人，搭建了一个虚拟的管道，可以通过这个管道收发所需要的信息。

串口通讯，结构图如图所示。详情查阅芯片开发手册第8章。

单片机UART结构示意图

图中，左上角部分接单片机的定时器，定时器产生串口所需的波特率。右上角为发送部分，向SBUF寄存器中写入数据即可发送，并将TI置1，产生中断；右下角为接收部分，当中断产生，RI置1时，即可向SBUF寄存器读取数据，得到接收的数据。

示例代码如下：

下载软件带有串口调试助手，使用方法如图所示。

串口助手使用方法

注：这里采用的方法非常简陋，不能做到接收字符串。这里，学会如何使用串口，单独地发送数据或者接收数据就可以了。改进方法：当接收到不为0的数据时，先保存下来，直到接收到0为止；当接收完整个字符串后，首先关闭中断，然后作出回应，最后开启中断，等待下一个字符串。

附注

在嵌入式开发（单片机开发等）中，本文这种看着原理图构造代码的思路是有问题的。实际上，需求与设计要相结合，分析芯片具有什么功能，分配引脚。而我们实验中用的别的商家提供的开发板，并不是我们自己设计的开发板，所以得就着开发板原理图来写代码。

转载于:https://www.cnblogs.com/AmnesiaBeing/p/9579090.html