2024年2月1日发(作者：)

第一章 51单片机的基本端口操作

主要对单片机最简系统在实际应用中的使用方法，从简单到复杂地实现单片机最简系统的基本功能。

“点亮最简单的单片机系统”从单片机原理上介绍单片机的基本组成和最简单系统的典型电路，以及有关单片机C51编程方法和例程。

“更加明亮的小灯”从功能上介绍如何使LED发光稳定，从原理上介绍单片机I/O口的电气特性和使用方法。

“定时亮灭的小灯”介绍如何使LED灯定时亮、灭，从单片机原理上介绍定时器的使用和编程方法。

“小灯亮灭的人工控制”从功能上介绍如何通过按键控制LED灯的亮灭，从单片机原理上介绍单片机中断的使用和编程方法。

先复习下Keil 51的操作。

1.1

引脚定义

Vcc

Vss

P0.0-P0.7

P1.0-P1.7

P2.0-P2.7

P3.0

P3.1

P3.2

P3.3

P3.4

P3.5

P3.6

P3.7

RST/VPD

ALE/PROG

PSEN

EA/Vpp

XTAL1

XTAL2

提问：什么是单片机系统、

点亮最简单的单片机系统

常用MCS-51系列单片机引脚功能说明

引脚功能

+5V电源

地

通道0

通道1

通道2

RXD

TXD

INT0

INT1

T0

T1

WR

RD

复位输入信号

地址锁存有效信号

程序选通有效信号

片选使能

晶振输入端

晶振输入端

功能说明

电源电压

电路接地端

8位漏极开路的双向I/O通道

8位拟双向I/O通道

8位拟双向I/O通道

串行输入口

串行输出口

外部中断0输入口

外部中断1输入口

定时器/计数器0外部时间脉冲输入端

定时器/计数器1外部时间脉冲输入端

外部数据存储器写脉冲

外部数据存储器读脉冲

该引脚上有2个机器周期的高电平可以实现复位操作，在掉电情况下将只给片内RAM供电

主要作用是提供一个适当的定时信号

低电平时，指令寄存器的内容读到数据总线上

当保持TTL高电平时，8051执行内部ROM的指令；当使TTL为低电平时，从外部程序存储器取出所有指令

内部振荡器外接晶振的一个输入端

内部振荡器外接晶振的另一个输入端

晶振、复位电路

单片机

输入控制 输出显示

外围功能器件

提问：单片机中晶振有什么作用？

回答：单片机访问一次存储器的时间，称之为一个及其周期，是一个时间基准。一个机器周期包括12个时钟周期。如果一个单片机选择了12MHz晶振，它的时钟周期是1/12us，它的一个机器周期是12X（1/12us），也就是1us。

若是12MHz的晶振，当单片机中定时/计数器的数值加1时，实际经过的时间就是1us。

提示：晶振电路，复位电路

基本电路图：

发光二极管导通压降通常为1.7V-1.9V;

为什么要接电阻？

电路原理及器件选择？

89C51:单片机，控制发光二极管亮灭

OSC：晶振，在本例中选择12MHz的立式晶振

C3,C2：晶振电路的起振电容，容值为22pF

L1:发光二极管

R1:限流电阻，阻值为1k欧

地址分配和连接？

P1.0：与发光二极管电路相连，控制LED发光二极管阴极的电平高低

RESET:复位引脚

X1，X2：单片机的晶振引脚

程序设计：

延时程序：我们先不使用单片机的定时器，而是直接采用软件的延时程序定时控制发光二极管的亮灭。在12M晶振时，一个指令周期为1us，那么1M次就是1s。

程序代码：

#include

sbit gate=P1^0； //位定义

void main(void)

{

unsigned int i,j;

while(1)

{

for(i=1000;i>0;i--) //双重循环，延时约1s

for(j=1000;j>0;j--);

gate=！gate; //对P10取反，控制小灯

}

}

补充：结合第五代开发板电路图可以看到…

1.2

1.3 定时亮灭的小灯

1. 什么是单片机的定时器？

MSC-51单片机一般有两个内部的16位定时器/计数器，分别成为T0和T1.分别有两个8位的RAM单元组成，即每个计数器都是16位的计数器，最大计数量为2的16次方等于65536.

而定时和计数的关系是什么呢？找个同学告诉我吧。定时器每完成一个时间的定时，计数器就加1.

2．一定要计满65536个数吗？

3.如何使用MCS-51单片机的定时器呢？

定时器有两个特定的寄存器TMOD和TCON，就象定时器的操作界面。

首先介绍定时器/计数器的方式寄存器TMOD。

TMOD的控制字

TMOD.7 TMOD.6 TMODD.5 TMOD.4 TMOD.3 TMOD.2 TMOD.1 TMOD.0

更加明亮的小灯

外加与非门做驱动电路，增大电流，当然也有相应的电子驱动芯片。

下面我们进入单片机最重要的内容之一，定时和中断。

GATE

C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0

可以看到，高四位和第四位分别代表两个定时器/计数器，所以我们可以以TMOD第四位来说明各位的定义与功能。

GATE：分为两种情况，GATE=0时，定时器的起停和INT1无关，在这种情况下，定时器的起停只取决与TR0. GATE=1时，在此种情况下定时器/计数器的开关不仅要由TR0来控制，而且还要受到INT1引脚的控制，只有TR1为1时，且INT1引脚也是高电平，定时器才能开始工作。

C/T：定时/计数器功能选择。如果C/T为0就做定时器，如果C/T为1就做计数器。当然只能二选一。

M1,M0：用M1,M0来控制定时器/计数器4种工作方式的选择。

工作方式0：M1=0,M0=0.13位定时.计数方式。它由TL(1/0)的低五位和TH（0/1）的8位构成13位的计数器，此时TL(1/0) 的高3位未用。

工作方式1：M1=0,M0=1.是16位定时/计数方式，其他特性与工作方式0相同。

工作方式2：M1=1,M0=0.自动重装初值的8位定时/计数器。初值放在T（0/1）的高8位。在工作方式2，只有低8位参与计算，而高8位不参与计算，用作预置数存放，技术范围256。每当计数溢出，就会打开T（0/1）的高、低8位之间的开关，计预置数进入低8位。这是由硬件自动完成的。通常这种方式用于波特率发生器（我们将在串行接口中讲解）

工作方式3：M1=1,M0=1.这种工作方式下，定时/计数器被拆成2个独立的定时/计数器来用。其中，TL0可以构成8位的定时器或计数器的工作方式，儿TH0则只能作为定时器来用。只有在T1以工作方式2运行时，才让T0以工作方式3运行。

然后，我们介绍控制寄存器TCON

TCON控制寄存器

TCON.7 TCON.6

TCON.5

TCON.4

TCON.3

TCON.2

TCON.1

TCON.0

TF1

TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0

TR0: T0的运行控制位。启动定时器T0没有专门的指令，而是通过TR0进行控制。当GATE=0时，T0的运行只取决于TR0的0和1；当门控位GATE=1时，仅当TR0=1,并且外中断0引脚上的输入值为高电平时，T0才开始计数，这两个条件缺一不可

TF0: T0的溢出和中断申请标志位。当T0溢出时，硬件置位TF0，表示提出了中断申请。该标志位可以通过软件查询，也可以用软件清零和置位，在单片机响应中断申请后，硬件自动清零。

TR1:

TF1:

接下来我们来看一个典型的定时器程序。

要求：定时10ms，P1.0反相。

//定义头文件和位定义

#include

#include

sbit P00=P0^0;

sbit P13=P1^3;

void main(void)

{

//初始化端口

P0=0xFF;

P13=0;

//初始化定时器

TMOD=0x01;

TH0=0xD8;

TL0=0xF0;

//启动定时器，开中断

TR0=1;

ET0=1;

EA=1;

//等待循环

while(1);

}

//定时器0中断服务子程序

void timer0_ISR(void) interrupt 1 using 1

{

//定时器初始重载

TH0=0xD8;

TL0=0xF0;

//操作

P00=!P00;

}

到这里，大家肯定就会有疑惑，什么叫做中断服务子程序，什么又叫做中断。我们稍后解释。

这里需要提醒大家的是单片机定时/计数器各种工作方式下的最大计数量。

工作方式0：13位，2的13次方等于8192次；

工作方式1：16位，2的16次方等于65536次；

工作方式2和3：都是8位的，2的8次方等于256次

那么就出现了一个问题，如果我想定时1s的话，该怎么做呢？大家思考一下，然后我请个同学来回答。

下面我们一起来看看如何实现1s的定时亮灭。

#include

#include

#define unit unsigned int

#define uchar unsigned char

sbit P00=P0^0;

sbit P13=P1^3;

uint overflow_count=0;

void main(void)

{

P0=0xFF;

P13=0;

TMOD=0x01;

TH0=0xD8;

TL0=0xF0;

TR0=1;

ET0=1;

EA=1;

while(1)

{

If(overflow_count==100)

{ P00=!P00;

Overflow_count=0;

};

}

void timer0_ISR(void) interrupt 1 using 1

{

TH0=0xD8;

TL0=0xF0;

Overflow_count++;

}

完成了小灯定时亮灭，我们就基本学会了如何使用单片机定时器/计数器的使用方法。下面，就让我们来看看前面留下的问题----“中断”。

定义：中断属于一种对事件的实时处理过程，中断源可能随时停止CPU当前的工作，转而去处理中断服务程序，待中断服务程序完成后，再返回原来工作的断点处，继续原来的工作。

再者，我们需要知道，单片机内部有多个中断，分别是

定时/计数器0中断----T0中断

定时/计数器1中断----T1中断

外中断0----INT0中断

外中断1----INT1中断

串口中断----串口中断

那么，当不同的中断同时发出终端申请，自然就会有一个中断优先级的问题。优先级的问题不仅仅发生在两个中断同时产生的情况，也发生在一个中断已经产生而未结束，又有一个中断产生的情况。

最后，就是中断的响应过程。具体来说可以分为以下几个步骤。

保护断点，即保存下一将要执行的指令的地址，就是把这个地址送入堆栈；

寻找中断入口，根据5个不同的中断源所产生的中断，查找5个不同的入口地址；

执行中断服务程序，用中断服务程序处理需要改变的变量或者事件；

中断返回，执行完中断服务程序后，从中断断点处返回主程序，继续执行主程序。

上面分什么是中断，中断优先级，中断的响应三个部分简单介绍了中断，下面我们来看看单片机中断系统有何作用。简单的说，单片机在自动控制中所起到的作用就两个，一个是定时/计数，另一个就是中断的使用。中断的作用如下：

第一、实现高速CPU和低速外设之间的配合，利用中断方式进行I/O口操作，在宏观上可以看成CPU和外设的并行工作；

第二、可以实现实时控制。实时处理是控制系统对单片机提出的要求，各个设备可以随时向CPU发出中断申请，而CPU也必须做出快速响应和及时处理。

第三、实现故障的紧急处理。当外设发生故障时，可以利用中断系统请求CPU及时处理这些故障。

第四、便于人机联系。操作人员可以利用键盘等实现中断，完成人工介入。

接下来我们学习中断的使用！

中断系统主要包括5个中断请求源和4个控制寄存器IE,IP,TCON和SCON来控制中断申请，中断开关和中断优先级。

1. 中断方式和标志位TCON

TCON的低四位用于外部中断的控制，高4位用于T0,T1的控制。

TCON中的控制字

TCON.7 TCON.6

TCON.5

TCON.4

TCON.3

TCON.2

TCON.1

TCON.0

TF1

TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0

外部中断请求源

IT0: INT0触发方式控制位，可由软件进行置位和复位。IT0=0,INT0为低电平触发方式；IT0=1,INT0为负跳变触发方式。

IE0: INT0中断请求标志位。当有外部中断的请求时，这位就会置1；在CPU响应中断后，IE0置0；

IT1:

IE1:

2. 中断允许寄存器IE

中断允许寄存器IE

IE.7 IE.6

IE.5

IE.4

IE.3

IE.2

IE.1

IE.0

EA X

其中：

X ES ET1 EX1 ET0 EX0

EA:总开关，如果它等于0，则所有中断都不允许

ES:串行口中断允许

ET1:定时器1中断允许

EX1:外中断1中断允许

ET0:定时器0中断允许

EX0:外中断0中断允许

5个中断的自然优先级为：

外中断0----INT0中断----EX0

定时器0----T0中断----ET0

外中断1----INT1中断----EX1

定时器1----T1中断----ET1

串口中断----串口中断----ES

中断优先级寄存器

-

-

X

-

X

IP.4

PS

IP.3

PT1

IP.2

PX1

IP.1

PT0

IP.0

PX0 EA

其中某位为1，那么就为高优先级。

了解了中断的控制，最后我们回到开始程序中的中断服务子程序。函数格式为

返回值 函数名称 （【参数】）【模式】【重入】interrupt n 【using n】

其中interrupt n对应的是中断源的编号，而using n决定了使用寄存器的组号。而51系统中有四个寄存器组，取决与PSW的两位RS0和RS1的设置。

为了方便大家理解，我们给出不同中断服务程序的C51写法如下：

外中断INT0

void intsvr0(void) interrupt 0 using 1

定时/计数器T0

void timer0(void) interrupt 1 using 1

外中断INT1

void intsvr1(void) interrupt 2 using 1

定时/计数器T1

void timer1(void) interrupt 3 using 1

串口中断

void serial0(void) interrupt 4 using 1