单片机的外部结构和C语言编程基础说明

2023-09-12 来源：elecfans

对于51系列单片机，现有四种编程语言支持，即汇编、pl/m，c和basic通常附在pc机上，是初学单片机编程的第一种语言。一个新变量名定义之后可在程序中作变量使用，非常易学，根据解释的行可以找到错误而不是当程序执行完才能显现出来。basic由于逐行解释自然很慢，每一行必须在执行时转换成机器代码，需要花费许多时间不能做到实时性。basic为简化使用变量，所有变量都用浮点值。basic 是用于要求编程简单而对编程效率和运行速度要求不高的场合。

pl/m是intel从8080微处理器开始为其系列产品开发的编程语言。现在已经没有看到人在使用了，它很像pascal，是一种结构化语言，但它使用关键字去定义结构。 pl/m编译器好像汇编器一样可产生紧凑代码。pl/m总的来说是“高级汇编语言”，可详细控制着代码的生成。但对51系列，pl/m不支持复杂的算术运算、浮点变量而无丰富的库函数支持。学习pl/m无异于学习一种新语言。

c语言是一种源于编写unix操作系统的语言，它是一种结构化语言，可产生压缩代码。c语言结构是以括号{}而不是子和特殊符号的语言。c可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言。与汇编相比，有如下优点：

对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对51的存储器结构有初步了解寄存器分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理程序有规范的结构，可分为不同的函数。这种方式可使程序结构化将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能将已编好程序可容易的植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术c语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，c语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可根据单片机的不同较快地移植过来。是现在最流行的单片机编程语言

51的汇编语言非常像其他汇编语言，有人说单片机编程高手一般都用汇编语言。51的指令系统比第一代微处理器要强一些。51的不同存储区域使得其复杂一些。尽管懂得汇编语言不是你的目的，看懂一些可帮助你了解影响任何语言效率的 51特殊规定。例如，懂得汇编语言指令就可以使用在片内ram作变量的优势，因为片外变量需要几条指令才能设置累加器和数据指针进行存取。要求使用浮点和启用函数时只有具备汇编编程经验才能避免生成庞大的、效率低的程序，这需要考虑简单的算术运算或先算好的查表法。最好的软件编程者应是由汇编转用c而不是原来用过标准c语言的人。

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。

单片机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{;}

在某引脚输出高电平的编程方法：（比如P1.3（PIN4）引脚）

#include //该头文档中有单片机内部资源的符号化定义，其中包含P1.3

void main（ void ） //void 表示没有输入参数，也没有函数返值，这入单片机运行的复位入口

{

P1_3 = 1; //给P1_3赋值1，引脚P1.3就能输出高电平VCC

While（ 1 ）; //死循环，相当 LOOP： goto LOOP;

}

注意：P0的每个引脚要输出高电平时，必须外接上拉电阻（如4K7）至VCC电源。

在某引脚输出低电平的编程方法：（比如P2.7引脚）

#include //该头文档中有单片机内部资源的符号化定义，其中包含P2.7

void main（ void ） //void 表示没有输入参数，也没有函数返值，这入单片机运行的复位入口

{

P2_7 = 0; //给P2_7赋值0，引脚P2.7就能输出低电平GND

While（ 1 ）; //死循环，相当 LOOP： goto LOOP;

}

在某引脚输出方波编程方法：（比如P3.1引脚）

#include //该头文档中有单片机内部资源的符号化定义，其中包含P3.1

void main（ void ） //void 表示没有输入参数，也没有函数返值，这入单片机运行的复位入口

{

While（ 1 ） //非零表示真，如果为真则执行下面循环体的语句

{

P3_1 = 1; //给P3_1赋值1，引脚P3.1就能输出高电平VCC

P3_1 = 0; //给P3_1赋值0，引脚P3.1就能输出低电平GND

} //由于一直为真，所以不断输出高、低、高、低……，从而形成方波

}

将某引脚的输入电平取反后，从另一个引脚输出：（比如 P0.4 = NOT（ P1.1））

#include //该头文档中有单片机内部资源的符号化定义，其中包含P0.4和P1.1

void main（ void ） //void 表示没有输入参数，也没有函数返值，这入单片机运行的复位入口

{

P1_1 = 1; //初始化。P1.1作为输入，必须输出高电平

While（ 1 ） //非零表示真，如果为真则执行下面循环体的语句

{

if（ P1_1 == 1 ） //读取P1.1，就是认为P1.1为输入，如果P1.1输入高电平VCC

{ P0_4 = 0; } //给P0_4赋值0，引脚P0.4就能输出低电平GND

else //否则P1.1输入为低电平GND

//{ P0_4 = 0; } //给P0_4赋值0，引脚P0.4就能输出低电平GND

{ P0_4 = 1; } //给P0_4赋值1，引脚P0.4就能输出高电平VCC

} //由于一直为真，所以不断根据P1.1的输入情况，改变P0.4的输出电平

}

将某端口8个引脚输入电平，低四位取反后，从另一个端口8个引脚输出：（比如 P2 = NOT（ P3 ））

#include //该头文档中有单片机内部资源的符号化定义，其中包含P2和P3

void main（ void ） //void 表示没有输入参数，也没有函数返值，这入单片机运行的复位入口

{

P3 = 0xff; //初始化。P3作为输入，必须输出高电平，同时给P3口的8个引脚输出高电平

While（ 1 ） //非零表示真，如果为真则执行下面循环体的语句

{ //取反的方法是异或1，而不取反的方法则是异或0

P2 = P3^0x0f //读取P3，就是认为P3为输入，低四位异或者1，即取反，然后输出

} //由于一直为真，所以不断将P3取反输出到P2

}

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。

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。

发光二极的控控制：单片机I/O输出

将一发光二极管LED的正极（阳极）接P1.1，LED的负极（阴极）接地GND。只要P1.1输出高电平VCC，LED就正向导通（导通时LED上的压降大于1V），有电流流过LED，至发LED发亮。实际上由于P1.1高电平输出电阻为10K，起到输出限流的作用，所以流过LED的电流小于（5V-1V）/10K = 0.4mA。只要P1.1输出低电平GND，实际小于0.3V，LED就不能导通，结果LED不亮。

开关双键的输入：输入先输出高

一个按键KEY_ON接在P1.6与GND之间，另一个按键KEY_OFF接P1.7与GND之间，按KEY_ON后LED亮，按KEY_OFF后LED灭。同时按下LED半亮，LED保持后松开键的状态，即ON亮OFF灭。

#include

#define LED P1^1 //用符号LED代替P1_1

#define KEY_ON P1^6 //用符号KEY_ON代替P1_6

#define KEY_OFF P1^7 //用符号KEY_OFF代替P1_7

void main（ void ） //单片机复位后的执行入口，void表示空，无输入参数，无返回值

{

KEY_ON = 1; //作为输入，首先输出高，接下KEY_ON，P1.6则接地为0，否则输入为1

KEY_OFF = 1; //作为输入，首先输出高，接下KEY_OFF，P1.7则接地为0，否则输入为1

While（ 1 ） //永远为真，所以永远循环执行如下括号内所有语句

{

if（ KEY_ON==0 ） LED=1; //是KEY_ON接下，所示P1.1输出高，LED亮

if（ KEY_OFF==0 ） LED=0; //是KEY_OFF接下，所示P1.1输出低，LED灭

} //松开键后，都不给LED赋值，所以LED保持最后按键状态。

//同时按下时，LED不断亮灭，各占一半时间，交替频率很快，由于人眼惯性，看上去为半亮态

}

数码管的接法和驱动原理及单片机编程

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右图：

16键码显示的单片机程序

我们在P1端口接一支共阴数码管SLED，在P2、P3端口接16个按键，分别编号为KEY_0、KEY_1到KEY_F，操作时只能按一个键，按键后SLED显示对应键编号。

#include

#define SLED P1

#define KEY_0 P2^0

#define KEY_1 P2^1

#define KEY_2 P2^2

#define KEY_3 P2^3

#define KEY_4 P2^4

#define KEY_5 P2^5