單片機學(xué)習知識點(diǎn)全攻略（一）

導語(yǔ)：單片機對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)確實(shí)很難理解，不少學(xué)過(guò)單片機的同學(xué)或電子愛(ài)好者，甚至在畢業(yè)時(shí)仍舊是一無(wú)所獲?；诖?，電子發(fā)燒友網(wǎng)將整合《單片機關(guān)鍵知識點(diǎn)全攻略》，共分為四個(gè)系列，以饗讀者，敬請期待！此系列對于業(yè)內電子工程師也有收藏和參考價(jià)值。

單片機關(guān)鍵知識點(diǎn)一覽：

系列一

　　1：?jiǎn)纹瑱C簡(jiǎn)敘

　　2：?jiǎn)纹瑱C引腳介紹

　　3：?jiǎn)纹瑱C存儲器結構

　　4：第一個(gè)單片機小程序

　　5：?jiǎn)纹瑱C延時(shí)程序分析

　　6：?jiǎn)纹瑱C并行口結構

　　7：?jiǎn)纹瑱C的特殊功能寄存器

系列二

　　8：?jiǎn)纹瑱C尋址方式與指令系統

　　9：?jiǎn)纹瑱C數據傳遞類(lèi)指令

　　10：?jiǎn)纹瑱C數據傳送類(lèi)指令

　　11：?jiǎn)纹瑱C算術(shù)運算指令

　　12：?jiǎn)纹瑱C邏輯運算類(lèi)指令

　　13：?jiǎn)纹瑱C邏輯與或異或指令祥解

　　14：?jiǎn)纹瑱C條件轉移指令

系列三

　　15：?jiǎn)纹瑱C位操作指令

　　16：?jiǎn)纹瑱C定時(shí)器與計數器

　　17：?jiǎn)纹瑱C定時(shí)器/計數器的方式

　　18：?jiǎn)纹瑱C的中斷系統

　　19：?jiǎn)纹瑱C定時(shí)器、中斷試驗

　　20：?jiǎn)纹瑱C定時(shí)/計數器實(shí)驗

　　21：?jiǎn)纹瑱C串行口介紹

系列四

　　22：?jiǎn)纹瑱C串行口通信程序設計

　　23：LED數碼管靜態(tài)顯示接口與編

　　24：動(dòng)態(tài)掃描顯示接口電路及程序

　　25：?jiǎn)纹瑱C鍵盤(pán)接口程序設計

　　26：?jiǎn)纹瑱C矩陣式鍵盤(pán)接口技術(shù)及

　　27：關(guān)于單片機的一些基本概念

　　28：實(shí)際案例實(shí)踐——單片機音樂(lè )程序設計

　　1：?jiǎn)纹瑱C簡(jiǎn)敘

　　什么是單片機 一臺能夠工作的計算機要有這樣幾個(gè)部份構成：CPU（進(jìn)行運算、控制）、RAM（數據存儲）、ROM（程序存儲）、輸入/輸出設備（例如：串行口、并行輸出口等）。在個(gè)人計算機上這些部份被分成若干塊芯片，安裝一個(gè)稱(chēng)之為主板的印刷線(xiàn)路板上。而在單片機中，這些部份，全部被做到一塊集成電路芯片中了，所以就稱(chēng)為單片（單芯片）機，而且有一些單片機中除了上述部份外，還集成了其它部份如A/D，D/A等。

　　單片機是一種控制芯片，一個(gè)微型的計算機，而加上晶振，存儲器，地址鎖存器，邏輯門(mén)，七段譯碼器（顯示器），按鈕（類(lèi)似鍵盤(pán)），擴展芯片，接口等那是單片機系統。

　　2：?jiǎn)纹瑱C引腳介紹

　　單片機的40個(gè)引腳大致可分為4類(lèi)：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。

　?、?電源：

　?、?VCC - 芯片電源，接+5V；

　?、?VSS - 接地端；

　?、?時(shí)鐘：XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。

　?、?控制線(xiàn)：控制線(xiàn)共有4根，

　?、?ALE/PROG：地址鎖存允許/片內EPROM編程脈沖

　?、?ALE功能：用來(lái)鎖存P0口送出的低8位地址

　?、?PROG功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。

　?、?PSEN：外ROM讀選通信號。

　?、?RST/VPD：復位/備用電源。

　?、?RST（Reset）功能：復位信號輸入端。

　?、?VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。

　?、?EA/Vpp：內外ROM選擇/片內EPROM編程電源。

　?、?EA功能：內外ROM選擇端。

　?、?Vpp功能：片內有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。

⒋ I/O線(xiàn)

　　80C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線(xiàn)）。

　　拿到一塊芯片，想要使用它，首先必須要知道怎樣連線(xiàn)，我們用的一塊稱(chēng)之為89C51的芯片，下面我們就看一下如何給它連線(xiàn)。

　　1、 電源：這當然是必不可少的了。單片機使用的是5V電源，其中正極接40管腳，負極（地）接20管腳。

　　2、 振蒎電路：?jiǎn)纹瑱C是一種時(shí)序電路，必須供給脈沖信號才能正常工作，在單片機內部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。只要買(mǎi)來(lái)晶體震蕩器，電容，連上就能了，按圖1接上即可。

　　3、 復位管腳：按圖1中畫(huà)法連好，至于復位是何含義及為何需要復要復位，在單片機功能中介紹。

　　4、 EA管腳：EA管腳接到正電源端。 至此，一個(gè)單片機就接好，通上電，單片機就開(kāi)始工作了。

　　我們的第一個(gè)任務(wù)是要用單片機點(diǎn)亮一只發(fā)光二極管LED，顯然，這個(gè)LED必須要和單片機的某個(gè)管腳相連，不然單片機就沒(méi)法控制它了，那么和哪個(gè)管腳相連呢？單片機上除了剛才用掉的5個(gè)管腳，還有35個(gè)，我們將這個(gè)LED和1腳相連。（見(jiàn)圖1，其中R1是限流電阻）

　　按照這個(gè)圖的接法，當1腳是高電平時(shí)，LED不亮，只有1腳是低電平時(shí)，LED才發(fā)亮。因此要1腳我們要能夠控制，也就是說(shuō)，我們要能夠讓1管腳按要求變?yōu)楦呋虻碗娖?。即然我們要控?腳，就得給它起個(gè)名字，總不能就叫它一腳吧？叫它什么名字呢？設計51芯片的INTEL公司已經(jīng)起好了，就叫它P1.0，這是規定，不能由我們來(lái)更改。

　　圖1

　　名字有了，我們又怎樣讓它變‘高’或變‘低’呢？叫人做事，說(shuō)一聲就能，這叫發(fā)布命令，要計算機做事，也得要向計算機發(fā)命令，計算機能聽(tīng)得懂的命令稱(chēng)之為計算機的指令。讓一個(gè)管腳輸出高電平的指令是SETB，讓一個(gè)管腳輸出低電平的指令是CLR。因此，我們要P1.0輸出高電平，只要寫(xiě)SETB P1.0，要P1.0輸出低電平，只要寫(xiě) CLR P1.0就能了。

　　現在我們已經(jīng)有辦法讓計算機去將P10輸出高或低電平了，但是我們怎樣才能計算機執行這條指令呢？總不能也對計算機也說(shuō)一聲了事吧。要解決這個(gè)問(wèn)題，還得有幾步要走。第一，計算機看不懂SETB CLR之類(lèi)的指令，我們得把指令翻譯成計算機能懂的方式，再讓計算機去讀。計算機能懂什么呢？它只懂一樣東西——數字。因此我們得把SETB P1.0變?yōu)椋―2H，90H ），把CLR P1.0變?yōu)?（C2H，90H ），至于為什么是這兩個(gè)數字，這也是由51芯片的設計者--INTEL規定的，我們不去研究。第二步，在得到這兩個(gè)數字后，怎樣讓這兩個(gè)數字進(jìn)入單片機的內部呢？這要借助于一個(gè)硬件工具“編程器”。如果你還不知道是什么是編程器，我來(lái)介紹一下，就是把你在電腦上寫(xiě)出來(lái)來(lái)的代碼用匯編器等編譯器生成的一個(gè)目標燒寫(xiě)到單片機的eprom里面去的工具，80c51這種類(lèi)型的單片機編程是一件很麻煩的事情，必要要先裝到編程器上編程后才能在設備上使用，而目前最新的89s51單片機居然在線(xiàn)編程（isp）功能，不用拔出來(lái)利用簡(jiǎn)單的電路就可以實(shí)現把代碼寫(xiě)入單片機內部，本站有詳細的at89s51編程器制作教程

　　我們將編程器與電腦連好，運行編程器的軟件，然后在編緝區內寫(xiě)入（D2H，90H）見(jiàn)圖2，

　　圖2

　　寫(xiě)入……好，拿下片子，把片子插入做好的電路板，接通電源……什么？燈不亮？這就對了，因為我們寫(xiě)進(jìn)去的指令就是讓P10輸出高電平，燈當然不亮，要是亮就錯了?，F在我們再撥下這塊芯片，重新放回到編程器上，將編緝區的內容改為（C2H，90H），也就是CLR P1.0，寫(xiě)片，拿下片子，把片子插進(jìn)電路板，接電，好，燈亮了。因為我們寫(xiě)入的（）就是讓P10輸出低電平的指令。這樣我們看到，硬件電路的連線(xiàn)沒(méi)有做任何改變，只要改變寫(xiě)入單片機中的內容，就能改變電路的輸出效果。

　　3：?jiǎn)纹瑱C存儲器結構

　　單片機內部存儲結構分析

　　我們來(lái)思考一個(gè)問(wèn)題，當我們在編程器中把一條指令寫(xiě)進(jìn)單片要內部，然后取下單片機，單片機就可以執行這條指令，那么這條指令一定保存在單片機的某個(gè)地方，并且這個(gè)地方在單片機掉電后依然可以保持這條指令不會(huì )丟失，這是個(gè)什么地方呢？這個(gè)地方就是單片機內部的只讀存儲器即ROM（READ ONLY MEMORY）。為什么稱(chēng)它為只讀存儲器呢？剛才我們不是明明把兩個(gè)數字寫(xiě)進(jìn)去了嗎？原來(lái)在89C51中的ROM是一種電可擦除的ROM，稱(chēng)為FLASH ROM，剛才我們是用的編程器，在特殊的條件下由外部設備對ROM進(jìn)行寫(xiě)的操作，在單片機正常工作條件下，只能從那面讀，不能把數據寫(xiě)進(jìn)去，所以我們還是把它稱(chēng)為ROM。

　　數的本質(zhì)和物理現象：我們知道，計算機能進(jìn)行數學(xué)運算，這可令我們非常的難以理解，計算機嗎，我們雖不了解它的組成，但它總只是一些電子元器件，怎么能進(jìn)行數學(xué)運算呢？我們做數學(xué)題如37+45是這樣做的，先在紙上寫(xiě)37，然后在下面寫(xiě)45，然后大腦運算，最后寫(xiě)出結果，運算的原材料：37、45和結果：82都是寫(xiě)在紙上的，計算機中又是放在什么地方呢？為了解決這個(gè)問(wèn)題，先讓我們做一個(gè)實(shí)驗：這里有一盞燈，我們知道燈要么亮，要么不亮，就有兩種狀態(tài)，我們能用’0’和’1’來(lái)代替這兩種狀態(tài)，規定亮為’1’，不亮為’0’?，F在放上兩盞燈，一共有幾種狀態(tài)呢？我們列表來(lái)看一下：

　　請大家自已寫(xiě)上3盞燈的情況000 001 010 011 100 101 110 111

　　我們來(lái)看，這個(gè)000，001，101 不就是我們學(xué)過(guò)的的二進(jìn)制數嗎？本來(lái)，燈的亮和滅只是一種物理現象，可當我們把它們按一按的次序排更好后，燈的亮和滅就代表了數字了。讓我們再抽象一步，燈為什么會(huì )亮呢？看電路1，是因為輸出電路輸出高電平，給燈通了電。因此，燈亮和滅就能用電路的輸出是高電平還是低電平來(lái)替代了。這樣，數字就和電平的高、低聯(lián)系上了。（請想一下，我們還看到過(guò)什么樣的類(lèi)似的例程呢？（海軍之）燈語(yǔ)、旗語(yǔ)，電報，甚至紅、綠燈）

　　什么是位：

　　通過(guò)上面的實(shí)驗我們已經(jīng)知道：一盞燈亮或者說(shuō)一根線(xiàn)的電平的高低，能代表兩種狀態(tài)：0和1。實(shí)際上這就是一個(gè)二進(jìn)制位，因此我們就把一根線(xiàn)稱(chēng)之為一“位”，用BIT表示。

　　什么是字節：

　　一根線(xiàn)能表于0和1，兩根線(xiàn)能表達00，01，10，11四種狀態(tài)，也就是能表于0到3，而三根能表達0-7，計算機中常常用8根線(xiàn)放在一起，同時(shí)計數，就能表過(guò)到0-255一共256種狀態(tài)。這8根線(xiàn)或者8位就稱(chēng)之為一個(gè)字節（BYTE）。不要問(wèn)我為什么是8根而不是其它數，因為我也不知道。（計算機世界是一本人造的世界，不是自然界，很多事情你無(wú)法問(wèn)為什么，只能說(shuō)：它是一種規定，大家在以后的學(xué)習過(guò)程中也要注意這個(gè)問(wèn)題）

　　存儲器的工作原理：

　　1、存儲器構造

　　存儲器就是用來(lái)存放數據的地方。它是利用電平的高低來(lái)存放數據的，也就是說(shuō)，它存放的實(shí)際上是電平的高、低，而不是我們所習慣認為的1234這樣的數字，這樣，我們的一個(gè)謎團就解開(kāi)了，計算機也沒(méi)什么神秘的嗎。

　　圖2

　　圖3

　　讓我們看圖2。單片機里面都有這樣的存儲器，這是一個(gè)存儲器的示意圖：一個(gè)存儲器就象一個(gè)個(gè)的小抽屜，一個(gè)小抽屜里有八個(gè)小格子，每個(gè)小格子就是用來(lái)存放“電荷”的，電荷通過(guò)與它相連的電線(xiàn)傳進(jìn)來(lái)或釋放掉，至于電荷在小格子里是怎樣存的，就不用我們操心了，你能把電線(xiàn)想象成水管，小格子里的電荷就象是水，那就好理解了。存儲器中的每個(gè)小抽屜就是一個(gè)放數據的地方，我們稱(chēng)之為一個(gè)“單元”。

　　有了這么一個(gè)構造，我們就能開(kāi)始存放數據了，想要放進(jìn)一個(gè)數據12，也就是00001100，我們只要把第二號和第三號小格子里存滿(mǎn)電荷，而其它小格子里的電荷給放掉就行了（看圖3）?？墒菃?wèn)題出來(lái)了，看圖2，一個(gè)存儲器有好多單元，線(xiàn)是并聯(lián)的，在放入電荷的時(shí)候，會(huì )將電荷放入所有的單元中，而釋放電荷的時(shí)候，會(huì )把每個(gè)單元中的電荷都放掉，這樣的話(huà)，不管存儲器有多少個(gè)單元，都只能放同一個(gè)數，這當然不是我們所希望的，因此，要在結構上稍作變化，看圖2，在每個(gè)單元上有個(gè)控制線(xiàn)，我想要把數據放進(jìn)哪個(gè)單元，就給一個(gè)信號這個(gè)單元的控制線(xiàn)，這個(gè)控制線(xiàn)就把開(kāi)關(guān)打開(kāi)，這樣電荷就能自由流動(dòng)了，而其它單元控制線(xiàn)上沒(méi)有信號，所以開(kāi)關(guān)不打開(kāi)，不會(huì )受到影響，這樣，只要控制不一樣單元的控制線(xiàn)，就能向各單元寫(xiě)入不一樣的數據了，同樣，如果要某個(gè)單元中取數據，也只要打開(kāi)對應的控制開(kāi)關(guān)就行了。

2、存儲器譯碼

　　那么，我們怎樣來(lái)控制各個(gè)單元的控制線(xiàn)呢？這個(gè)還不簡(jiǎn)單，把每個(gè)單元元的控制線(xiàn)都引到集成電路的外面不就行了嗎？事情可沒(méi)那么簡(jiǎn)單，一片27512存儲器中有65536個(gè)單元，把每根線(xiàn)都引出來(lái)，這個(gè)集成電路就得有6萬(wàn)多個(gè)腳？不行，怎么辦？要想法減少線(xiàn)的數量。我們有一種辦法稱(chēng)這為譯碼，簡(jiǎn)單介紹一下：一根線(xiàn)能代表2種狀態(tài)，2根線(xiàn)能代表4種狀態(tài)，3根線(xiàn)能代表幾種，256種狀態(tài)又需要幾根線(xiàn)代表？8種，8根線(xiàn)，所以65536種狀態(tài)我們只需要16根線(xiàn)就能代表了。

　　3、存儲器的選片及總線(xiàn)的概念

　　至此，譯碼的問(wèn)題解決了，讓我們再來(lái)關(guān)注另外一個(gè)問(wèn)題。送入每個(gè)單元的八根線(xiàn)是用從什么地方來(lái)的呢？它就是從計算機上接過(guò)來(lái)的，一般地，這八根線(xiàn)除了接一個(gè)存儲器之外，還要接其它的器件，如圖4所示。這樣問(wèn)題就出來(lái)了，這八根線(xiàn)既然不是存儲器和計算機之間專(zhuān)用的，如果總是將某個(gè)單元接在這八根線(xiàn)上，就不好了，比如這個(gè)存儲器單元中的數值是0FFH另一個(gè)存儲器的單元是00H，那么這根線(xiàn)到底是處于高電平，還是低電平？豈非要打架看誰(shuí)歷害了？所以我們要讓它們分離。辦法當然很簡(jiǎn)單，當外面的線(xiàn)接到集成電路的管腳進(jìn)來(lái)后，不直接接到各單元去，中間再加一組開(kāi)關(guān)（參考圖4 ）就行了。平時(shí)我們讓開(kāi)關(guān)關(guān)閉著(zhù)，如果確實(shí)是要向這個(gè)存儲器中寫(xiě)入數據，或要從存儲器中讀出數據，再讓開(kāi)關(guān)接通就行了。這組開(kāi)關(guān)由三根引線(xiàn)選擇：讀控制端、寫(xiě)控制端和片選端。要將數據寫(xiě)入片中，先選中該片，然后發(fā)出寫(xiě)信號，開(kāi)關(guān)就合上了，并將傳過(guò)來(lái)的數據（電荷）寫(xiě)入片中。如果要讀，先選中該片，然后發(fā)出讀信號，開(kāi)關(guān)合上，數據就被送出去了。注意圖4，讀和寫(xiě)信號同時(shí)還接入到另一個(gè)存儲器，但是由于片選端不一樣，所以雖有讀或寫(xiě)信號，但沒(méi)有片選信號，所以另一個(gè)存儲器不會(huì )“誤會(huì )”而開(kāi)門(mén)，造成沖突。那么會(huì )不一樣時(shí)選中兩片芯片呢？只要是設計好的系統就不會(huì )，因為它是由計算控制的，而不是我們人來(lái)控制的，如果真的出現同時(shí)出現選中兩片的情況，那就是電路出了故障了，這不在我們的討論之列。