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51单片机入门
2inc
  2023-01-20 11:18:17   2024-07-24 20:31:07  2.1k 字  8 分钟

课程来源：江科大自化协

1 单片机及开发板介绍

单片机

  • Micro Controller Unit 简称 MCU
  • 内部集成 CPU RAM ROM 定时器 终端系统 通讯接口等一系列常用硬件功能
  • 单片机的任务：信息采集、处理和硬件设备的控制
  • 学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择

STC89C52 单片机

  • 所属系列：51 单片机系列
  • 公司：STC 公司
  • 位数：8 位
  • RAM：512 字节
  • ROM：8K
  • 工作频率：12MHz
  • 是对所有兼容 Intel 8031 指令系统的单片机的统称

命名规则

工作电压、程序空间 RAM 大小、工作频率、温度范围、封装类型、管脚数

2 LED

  • 2-1 LED 点亮
  • 2-2 LED 闪烁
  • 2-3 LED 流水灯
     
  • 延时代码
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void Delay500ms()		//@12.000MHz
{
    unsigned char i, j, k;

    _nop_();
    i = 4;
    j = 205;
    k = 187;
    do
    {
        do
        {
            while (--k);
        } while (--j);
    } while (--i);
}

3 按键开关

3-1 独立按键控制 LED 亮灭

  • 轻触按键：按下开关接通、松开开关断开，原理：金属弹片受力弹动
  • 根据原理图，按下按键对应值为 0；
C51 数据运算
  • 算术：+, -, *, /, %, =
  • 判断： >, >=, <, <=, ==, !=
  • 逻辑:
    运算符 意义
    && 逻辑与
    || 逻辑或
    ! 逻辑非
  • 位运算
    运算符 意义
    << 按位左移
    >> 按位右移
    & 按位与
    | 按位或
    ^ 按位异或
    ~ 按位去反
C51 基本语句

if for while switch

3-2 按键控制 LED 状态

按键抖动

在开关闭合及断开的瞬间会伴随一连串的抖动

消抖
  • 硬件消抖：
    1. RS 触发器
    2. 电容器
  • 软件消抖
    1. 延时函数
      优点：简单方便
      缺点：程序空跑浪费 CPU 资源
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    //@12.000MHz-1ms 延时函数
    void Delay(unsigned int xms){//延时1ms
        unsigned char i, j;
        while(xms--){
            i = 2;
            j = 239;
            do{
                while (--j);
                } while (--i);
            }
    }
    //消抖函数
    void debounce(){
        if(PXin(x)==KEY_PRESS)  //代表按下按键
        Delay(10);  //刚按下时出现抖动，延时10ms
        while(PXin(x)==KEY_PRESS);  //按键闭合，不做处理
        Delay(10);  //按键弹起出现抖动，延时10ms
        /*按键处理*/
    }

4 数码管

4-1 静态数码管显示

数码管介绍
  • 动态数码管模块原理图
    image
  • 74HC138(U5):
    三线-八线译码器，详见数电课本
  • 74HC245(U4)：
    • 作用：双向数据缓冲器，将数据由 AX 传至 BX
    • 原因：单片机驱动能力弱，将驱动改为控制信号，使 LED 数码管的驱动能力来源 VCC
  • RP3&4 100R
    • 100 欧姆排阻
    • 作用：分流
  • 应用原理
    1. 74HC138 译码器，输入三位 421 二进制数，输出结果作为位码
    2. 74HC245，八位输入作为段码
C51 数组
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int x[3];   //定义一组变量
int x[]={1,2,3};    //定义一组变量并初始化
C51 子函数

将完成某一功能的程序代码单独抽取出来形成一个模块，在其他函数中可随时调用此模块，以达到代码的复用和优化程序结构的目的。

数码管段码表
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uchar code table［］={
    /*共阳极，位选高电平有效，段选低电平有效*/
    0xc0，//0
    0xf9，//1
    0xa4，//2
    0xb0，//3
    0x99，//4
    0x92，//5
    0x82，//6
    0xf8，//7
    0x80，//8
    0x90，//9
    0x88，//A
    0x83，//B
    0xc6，//C
    0xa1，//D
    0x86，//E
    0x8e, //F
    0x8c, //P
    0xc1,//U
    0x91,//Y
    0x7c,//L
    0x00,//全亮
    0xff  //熄灭
};
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uchar code leddata[]={
    /*共阴极，位选低电平有效，段选高电平有效*/
    0x3F,  //"0"
    0x06,  //"1"
    0x5B,  //"2"
    0x4F,  //"3"
    0x66,  //"4"
    0x6D,  //"5"
    0x7D,  //"6"
    0x07,  //"7"
    0x7F,  //"8"
    0x6F,  //"9"
    0x77,  //"A"
    0x7C,  //"B"
    0x39,  //"C"
    0x5E,  //"D"
    0x79,  //"E"
    0x71,  //"F"
    0x76,  //"H"
    0x38,  //"L"
    0x37,  //"n"
    0x3E,  //"u"
    0x73,  //"P"
    0x5C,  //"o"
    0x40,  //"-"
    0x00  //熄灭
    };

4-2 动态数码管显示

数码管串位现象（数码管消影）下一次位选和上一次段选重合。
解决方式：在下一次位选之前段选清零

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//....
P0=NixieTable[Number];
Delay(1);
P0=0x00；   //清零
数码管驱动方式
  1. 单片机直接扫描（动态扫描）
    硬件设备简单，但会耗费大量的单片机 CPU 时间
  2. 专用驱动芯片
    内部自带现存、扫描电路，单片机只需告诉它显示什么即可

5 编程与调试

5-1 模块化编程

  • 传统方式编程
    所有函数在 main.c，模块较多则不利于代码组织与管理，影响思路。
  • 模块化编程
    将模块独立放在不同的.c 文件，在.h 文件里提供外部可调用函数的声明，其他.c 文件想使用其中的代码，只需 include 调用即可。使用模块化编程课极大提高代码的可阅读性、可维护性、可移植性等。
    fun.c->fun.h->main.c
  • 模块化编程的注意事项
    • .c 文件：函数、变量的定义
    • .h 文件：可被外部调用的函数、变量的声明
    • 任何自定义的变量、函数在调用前有定义或声明
    • 使用到的自定义函数的.c 需参与编译
    • 使用到的.h 文件必须要放在百年一起可寻找到的地方（工程文件夹根目录、安装目录、自定义）

C 预编译

以#开头，在编译前对代码做出的一些处理

5-2 LCD1602 调试工具

常用函数
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void LCD_Init();
void LCD_ShowChar(unsigned char Line,unsigned char Column,char Char);
void LCD_ShowString(unsigned char Line,unsigned char Column,char *String);
void LCD_ShowNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowSignedNum(unsigned char Line,unsigned char Column,int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowHexNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);
void LCD_ShowBinNum(unsigned char Line,unsigned char Column,unsigned int Number,unsigned char Length);

函数定义详见LCE1602.c

6 矩阵键盘

6-1 矩阵键盘

为节省 IO 口，逐行逐列扫描，可读出任何位置按键的状态

6-2 矩阵键盘密码锁

矩阵键盘+LCD1602
补充：单行清屏显示

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//第二行的清除函数
void LCD1602_Clear_2LINE()
{
	int i=0;
	LCD_WriteCommand(0x80+0x40);
	for(i=0;i<16;i++)
	{
	LCD_WriteData(0x20);  //无显示
	}//详见函数定义文件及LCD指令集





}

7 定时器

7-1 定时器

  • 定时器介绍：51 单片机的定时器属于单片机的内部资源，其电路的连接和运转均在单片机内部完成
  • 定时器作用：
    （1）用于计时系统，可实现软件计时，或者使程序每隔一固定时间完成一项操作
    （2）替代长时间的 Delay，提高 CPU 的运行效率和处理速度
    （…）
  • 定时器工作模式
    • 模式 0：13 位定时器/计数器
    • 模式 1：16 位定时器/计数器
    • 模式 2：8 位自动重装模式
    • 模式 3：两个 8 位定时器
  • 时钟来源：
    • 系统时钟（晶振周期），本开发板晶振的频率 12MHz，周期 1/12us,机器周期为 12*1/12us=1us
    • 外部 IO 口时钟（T0-P3.4,T1-P3.5）
  • 定时器和计数器：
    • 二者核心部件都是一个加减法计数器，其本质相同均为对脉冲进行计数
    • 区别在于定时器的计数脉冲来自系统时钟，计数器的计数脉冲来自外部时钟
中断系统

是为使 CPU 具有对外界紧急事件的实时处理能力而设置的。
CPU 总是先相应优先级别最高的中断请求。

相关寄存器

51单片机内计时器是由特殊的功能寄存器控制
寄存器是连接软硬件的媒介
在单片机中寄存器就是一段特殊的 RAM 存储器，一方面，寄存器可以存储和读取数据，另一方面，每一个寄存器背后都连接了一根导线，控制着电路的连接方式
寄存器相当于一个复杂机器的“操作按钮”
具体定义详见手册

  • 控制寄存器TCON：
    • 低四位：外部中断的控制位
    • 高四位用于定时器启动、停止、移除的标志控制位
  • 模式寄存器TMOD：定时器工作方式及功能的确定（定时|计数）
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7-2 按键控制 LED 流水灯模式&定时器闹钟

51单片机入门
2023/01/20/51单片机入门/
作者
2inc
发布于
2023-01-20 11:18
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  1. 1 单片机及开发板介绍
    1. 单片机
    2. STC89C52 单片机
    3. 命名规则
  2. 2 LED
  3. 3 按键开关
    1. 3-1 独立按键控制 LED 亮灭
      1. C51 数据运算
      2. C51 基本语句
  4. 3-2 按键控制 LED 状态
    1. 按键抖动
    2. 消抖
  • 4 数码管
    1. 4-1 静态数码管显示
      1. 数码管介绍
      2. C51 数组
      3. C51 子函数
      4. 数码管段码表
  • 4-2 动态数码管显示
    1. 数码管驱动方式
  • 5 编程与调试
    1. 5-1 模块化编程
    2. C 预编译
    3. 5-2 LCD1602 调试工具
  • 6 矩阵键盘
    1. 6-1 矩阵键盘
    2. 6-2 矩阵键盘密码锁
  • 7 定时器
    1. 7-1 定时器
      1. 中断系统
      2. 相关寄存器
    2. 7-2 按键控制 LED 流水灯模式&定时器闹钟
    1. 1 单片机及开发板介绍
      1. 单片机
      2. STC89C52 单片机
      3. 命名规则
    2. 2 LED
    3. 3 按键开关
      1. 3-1 独立按键控制 LED 亮灭
        1. C51 数据运算
        2. C51 基本语句
    4. 3-2 按键控制 LED 状态
      1. 按键抖动
      2. 消抖
  • 4 数码管
    1. 4-1 静态数码管显示
      1. 数码管介绍
      2. C51 数组
      3. C51 子函数
      4. 数码管段码表
  • 4-2 动态数码管显示
    1. 数码管驱动方式
  • 5 编程与调试
    1. 5-1 模块化编程
    2. C 预编译
    3. 5-2 LCD1602 调试工具
  • 6 矩阵键盘
    1. 6-1 矩阵键盘
    2. 6-2 矩阵键盘密码锁
  • 7 定时器
    1. 7-1 定时器
      1. 中断系统
      2. 相关寄存器
    2. 7-2 按键控制 LED 流水灯模式&定时器闹钟