单片机编程

XJzy

基础知识：51单片机编程基础
单片机的外部结构：

• DIP40双列直插；
• 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）
• 电源VCC（PIN40）和地线GND（PIN20）；
• 高电平复位RESET（PIN9）；（10uF电容接VCC与RESET，即可实现上电复位）
• 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）
• 程序配置EA（PIN31）接高电平VCC；（运行单片机内部ROM中的程序）
• 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)

• 四个8位通用I/O端口，对信应引脚P0、P1、P2和P3；
• 两个16位定时计数器；（TMOD，TCON，TL0，TH0，TL1，TH1）
• 一个串行接口；（SCON，SBUF）
• 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。
C语言编程基础：

• 十六进制表示字节0x5a：二进制为01011010B；0x6E为01101110。
• 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。
• ++var表示对变量var先增一；var—表示对变量后减一。
• x |= 0x0f;表示为 x = x | 0x0f;
• 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。
• 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）

代码

#include <AT89x52.h> //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）

代码

#include <AT89x52.h> //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）

代码

#include <AT89x52.h> //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) ）

代码

#include <AT89x52.h> //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 ) ）

代码

#include <AT89x52.h> //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。
第一节：单数码管按键显示
单片机最小系统的硬件原理接线图：

• 接电源：VCC（PIN40）、GND（PIN20）。加接退耦电容0.1uF
• 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
• 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
• 接配置：EA（PIN31）。说明原因。
  

发光二极的控制：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。

代码

#include <at89x52.h>   
• #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
    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。

代码

#include <at89x52.h>   

#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   

#define KEY_6 P2^6   

#define KEY_7 P2^7   

#define KEY_8 P3^0   

#define KEY_9 P3^1   

#define KEY_A P3^2   

#define KEY_B P3^3   

#define KEY_C P3^4   

#define KEY_D P3^5   

#define KEY_E P3^6   

#define KEY_F P3^7   

Code unsigned char Seg7Code[16]= //用十六进数作为数组下标，可直接取得对应的七段编码字节   

// 0     1    2     3     4    5     6     7     8     9    A     b     C     d    E    F   

{0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71};   

void main( void )   

{   

unsigned char i=0; //作为数组下标   

P2 = 0xff; //P2作为输入，初始化输出高   

P3 = 0xff; //P3作为输入，初始化输出高   

While( 1 )   

{   

  if( KEY_0 == 0 ) i=0;  if( KEY_1 == 0 ) i=1;   

  if( KEY_2 == 0 ) i=2;  if( KEY_3 == 0 ) i=3;   

  if( KEY_4 == 0 ) i=4;  if( KEY_5 == 0 ) i=5;   

  if( KEY_6 == 0 ) i=6;  if( KEY_7 == 0 ) i=7;   

  if( KEY_8 == 0 ) i=8;  if( KEY_9 == 0 ) i=9;   

  if( KEY_A == 0 ) i=0xA;  if( KEY_B == 0 ) i=0xB;   

  if( KEY_C == 0 ) i=0xC;  if( KEY_D == 0 ) i=0xD;   

  if( KEY_E == 0 ) i=0xE;  if( KEY_F == 0 ) i=0xF;   

  SLED = Seg7Code[ i ]; //开始时显示0，根据i取应七段编码   

}   

}   
第二节：双数码管可调秒表
解：只要满足题目要求，方法越简单越好。由于单片机I/O资源足够，所以双数码管可接成静态显示方式，两个共阴数码管分别接在P1（秒十位）和P2（秒个位）口，它们的共阴极都接地，安排两个按键接在P3.2（十位数调整）和P3.3（个位数调整）上，为了方便计时，选用12MHz的晶体。为了达到精确计时，选用定时器方式2，每计数250重载一次，即250us，定义一整数变量计数重载次数，这样计数4000次即为一秒。定义两个字节变量S10和S1分别计算秒十位和秒个位。编得如下程序：

代码

#include <at89x52.h>   
• Code unsigned char Seg7Code[16]= //用十六进数作为数组下标，可直接取得对应的七段编码字节   
  // 0     1    2     3     4    5     6     7     8     9    A     b     C     d    E    F   
• {0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71};   
  void main( void )   
• {   
  unsigned int us250 = 0;   
• unsigned char s10 = 0;   
  unsigned char s1 = 0;   
• unsigned char key10 = 0; //记忆按键状态，为1按下   
  unsigned char key1 = 0;  //记忆按键状态，为1按下   
• //初始化定时器 Timer0   
  TMOD = (TMOD & 0xF0) | 0x02;   
• TH1 = -250; //对于8位二进数来说，-250=6，也就是加250次1时为256，即为0   
  TR1 = 1;   
• while(1){           //----------循环1   
    P1 = Seg7Code[ s10 ]; //显示秒十位   
•   P2 = Seg7Code[ s1 ]; //显示秒个位   
    while( 1 ){         //----------循环2   
•    //计时处理   
  if( TF0 == 1 ){   
•     TF0 = 0;   
      if( ++us250 >= 4000 ){   
•      us250 = 0;   
       if( ++s1 >= 10 ){   
•       s1 = 0;   
        if( ++s10 >= 6 ) s10 = 0;   
•      }   
       break; //结束“循环2”，修改显示   
•     }   
     }   
•    //按十位键处理   
     P3.2 = 1;  //P3.2作为输入，先要输出高电平   
•    if( key10 == 1 ){ //等松键   
  if( P3.2 == 1 ) key10=0;   
•    }   
  else{   //未按键   
•     if( P3.2 == 0 ){   
       key10 = 1;   
• if( ++s10 >= 6 ) s10 = 0;   
       break; //结束“循环2”，修改显示   
•     }   
     }   
•    //按个位键处理   
     P3.3 = 1;  //P3.3作为输入，先要输出高电平   
•    if( key1 == 1 ) //等松键   
  { if( P3.3 == 1 ) key1=0; }   
•    else {   //未按键   
      if( P3.3 == 0 ){ key1 = 1;   
• if( ++s1 >= 10 ) s1 = 0;   
       break; //结束“循环2”，修改显示   
•     }   
     }   
•   } //循环2’end   
    }//循环1’end   
• }//main’end   
  

第三节：十字路口交通灯
如果一个单位时间为1秒，这里设定的十字路口交通灯按如下方式四个步骤循环工作：
? 60个单位时间，南北红，东西绿；
? 10个单位时间，南北红，东西黄；
? 60个单位时间，南北绿，东西红；
? 10个单位时间，南北黄，东西红；
解：用P1端口的6个引脚控制交通灯，高电平灯亮，低电平灯灭。

#include <at89x52.h>   
• //sbit用来定义一个符号位地址，方便编程，提高可读性，和可移植性   
  sbit SNRed =P1^0;  //南北方向红灯   
• sbit SNYellow =P1^1;  //南北方向黄灯   
  sbit SNGreen =P1^2;  //南北方向绿灯   
• sbit EWRed =P1^3;  //东西方向红灯   
  sbit EWYellow =P1^4;  //东西方向黄灯   
• sbit EWGreen =P1^5;  //东西方向绿灯   
  /* 用软件产生延时一个单位时间 */  
• void Delay1Unit( void )      
  {   
• unsigned int i, j;   
  for( i=0; i<1000; i++ )   
•   for( j<0; j<1000; j++ ); //通过实测，调整j循环次数,产生1ms延时   
  //还可以通过生成汇编程序来计算指令周期数，结合晶体频率来调整j循环次数，接近1ms   
• }   
  /* 延时n个单位时间 */  
• void Delay( unsigned int n ){ for( ; n!=0; n-- ) Delay1Unit(); }   
  void main( void )   
• {   
  while( 1 )   
• {   
    SNRed=0; SNYellow=0; SNGreen=1; EWRed=1; EWYellow=0; EWGreen=0; Delay( 60 );   
•   SNRed=0; SNYellow=1; SNGreen=0; EWRed=1; EWYellow=0; EWGreen=0; Delay( 10 );   
    SNRed=1; SNYellow=0; SNGreen=0; EWRed=0; EWYellow=0; EWGreen=1; Delay( 60 );   
•   SNRed=1; SNYellow=0; SNGreen=0; EWRed=0; EWYellow=1; EWGreen=0; Delay( 10 );   
  }   
• }   
  

第四节：数码管驱动
显示“12345678”
P1端口接8联共阴数码管SLED8的段极：P1.7接段h,…，P1.0接段a
P2端口接8联共阴数码管SLED8的段极：P2.7接左边的共阴极，…，P2.0接右边的共阴极
方案说明：晶振频率fosc=12MHz，数码管采用动态刷新方式显示，在1ms定时断服务程序中实现


代码

#include <at89x92.h>   
• unsigned char DisBuf[8];  //全局显示缓冲区，DisBuf[0]对应右SLED，DisBuf[7]对应左SLED，   
  void DisplayBrush( void )   
• { code unsigned char cathode[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; //阴极控制码   
  Code unsigned char Seg7Code[16]= //用十六进数作为数组下标，可直接取得对应的七段编码字节   
• {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};   
  static unsigned char i=0; // （0≤i≤7） 循环刷新显示，由于是静态变量，此赋值只做一次。   
• P2 = 0xff;  //显示消隐，以免下一段码值显示在前一支SLED   
• P1 = Seg7Code[ DisBuf ]; //从显示缓冲区取出原始数据，查表变为七段码后送出显示   
  
• P2 = cathode[ i ];   //将对应阴极置低，显示   
  if( ++i >= 8 ) i=0;  //指向下一个数码管和相应数据   
• }   
  void Timer0IntRoute( void ) interrupt 1   
• {   
  TL0 = -1000;  //由于TL0只有8bits，所以将（-1000）低8位赋给TL0   
• TH0 = (-1000)>>8; //取（-1000）的高8位赋给TH0，重新定时1ms   
  DisplayBrush();   
• }   
  void Timer0Init( void )   
• { TMOD=(TMOD & 0xf0) | 0x01; //初始化，定时器T0，工作方式1   
  TL0 = -1000； //定时1ms   
• TH0 = (-1000)>>8;   
  TR0 = 1;   //允许T0开始计数   
• ET0 = 1;   //允许T0计数溢出时产生中断请求   
  }   
• void Display( unsigned char index, unsigned char dataValue ){ DisBuf[ index ] = dataValue; }   
  void main( void )   
• {   
  unsigned char i;   
• for( i=0; i<8; i++ ){ Display(i, 8-i); } //DisBuf[0]为右，DisBuf[7]为左   
  Timer0Init();   
• EA = 1；   //允许CPU响应中断请求   
  While(1);   
• }
    
  
• 
  

第五节：键盘驱动
指提供一些函数给任务调用，获取按键信息，或读取按键值。
定义一个头文档 <KEY.H>，描述可用函数，如下：

#ifndef _KEY_H_  //防止重复引用该文档，如果没有定义过符号 _KEY_H_，则编译下面语句   
• #define _KEY_H_  //只要引用过一次，即 #include <key.h>，则定义符号 _KEY_H_   
  unsigned char keyHit( void ); //如果按键，则返回非０，否则返回０   
• unsigned char keyGet( void ); //读取按键值，如果没有按键则等待到按键为止   
  void keyPut( unsigned char ucKeyVal ); //保存按键值ucKeyVal到按键缓冲队列末   
• void keyBack( unsigned char ucKeyVal ); //退回键值ucKeyVal到按键缓冲队列首   
• #endif   
  

定义函数体文档 KEY.C，如下：

#include “key.h”   
• #define KeyBufSize 16 //定义按键缓冲队列字节数   
  unsigned char KeyBuf[ KeyBufSize ]; //定义一个无符号字符数组作为按键缓冲队列。该队列为先进   
•         //先出，循环存取，下标从０到 KeyBufSize-1   
  unsigned char KeyBufWp=0; //作为数组下标变量，记录存入位置   
• unsigned char KeyBufRp=0; //作为数组下标变量，记录读出位置   
  //如果存入位置与读出位置相同，则表明队列中无按键数据   
• unsigned char keyHit( void )   
  { if( KeyBufWp == KeyBufRp ) return( 0 ); else return( 1 ); }   
•   
  unsigned char keyGet( void )   
• { unsigned char retVal; //暂存读出键值   
  while( keyHit()==0 ); //等待按键，因为函数keyHit()的返回值为 0 表示无按键   
• retVal = KeyBuf[ KeyBufRp ]; //从数组中读出键值   
  if( ++KeyBufRp >= KeyBufSize ) KeyBufRp=0; //读位置加１，超出队列则循环回初始位置   
• return( retVal );   
  }   
•   
  void keyPut( unsigned char ucKeyVal )   
• { KeyBuf[ KeyBufWp ] = ucKeyVal; //键值存入数组   
  if( ++KeyBufWp >= KeyBufSize ) KeyBufWp=0;  //存入位置加１，超出队列则循环回初始位置   
• }   
  /*****************************************************************************************   
• 由于某种原因，读出的按键，没有用，但其它任务要用该按键，但传送又不方便。此时可以退回按键队列。就如取错了信件，有必要退回一样  
  ******************************************************************************************/  
• void keyBack( unsigned char ucKeyVal )   
  {   
• /*   
  如果KeyBufRp=0; 减1后则为FFH，大于KeyBufSize，即从数组头退回到数组尾。或者由于干扰使得KeyBufRp超出队列位置，也要调整回到正常位置，  
• */  
  if( --KeyBufRp >= KeyBufSize ) KeyBufRp=KeyBufSize-1;   
• KeyBuf[ KeyBufRp ] = ucKeyVal; //回存键值   
• }   
  

下面渐进讲解键盘物理层的驱动。
电路共同点：P2端口接一共阴数码管，共阴极接GND，P2.0接a段、P2.1接b段、…、P2.7接h段。
软件共同点：code unsigned char Seg7Code[10] 是七段数码管共阴编码表。
Code unsigned char Seg7Code[16]=
// 0     1    2     3     4    5     6     7     8     9    A     b     C     d    E    F
{0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71};
例一：P1.0接一按键到GND，键编号为‘６’，显示按键。