【正文】 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者 所有 ) 第 1 頁 共 68 頁 原作： 平凡的單片機 單片機教程第一課 ：單片機概述 何謂單片機 一臺能夠工作的計算機要有這樣幾個部份構(gòu)成： CPU（進行運算、控制）、RAM（數(shù)據(jù)存儲）、 ROM（程序存儲）、輸入 /輸出設(shè)備（例如：串行口、并行輸出口等）。在個人計算機上這些部份被分成若干塊芯片，安裝一個稱之為主板的印刷線路板上。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。 天！ PC 中的 CPU一塊就要賣幾千塊錢，這么多東西做在一起，還不得買個天價！再說這塊芯片也得非常大了。 不，價格并不高，從幾元人民幣到幾十元人民幣，體積也不大，一般用 40 腳封裝，當然功能多一些單片機也有引腳比較多的，如 68 引腳，功能少的只有 10 多 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者 所有 ) 第 2 頁 共 68 頁 個或 20 多個引腳，有的甚至只 8只引腳。為什么會這樣呢？ 功能有強弱，打個比方，市場上面有的組合音響一套才賣幾百塊錢，可是有的一臺功放機就要賣好幾千。另外這種芯片的生產(chǎn)量很大，技術(shù)也很成熟， 51系列的單片機已經(jīng)做了十幾年，所以價格就低了。 既然如此，單片機的功能肯定不強，干嗎要學它呢 ？ 話不能這樣說，實際工作中并不是任何需要計算機的場合都要求計算機有很高的性能，一個控制電冰箱溫度的計算機難道要用 PIII？應(yīng)用的關(guān)鍵是看是否夠用，是否有很好的性能價格比。所以 8051 出來十多年，依然沒有被淘汰，還在不斷的發(fā)展中。 MCS51 單片機和 805 803 89C51 等的關(guān)系我們平常老是講 8051，又有什么 8031，現(xiàn)在又有 89C51，它們之間究竟是什么關(guān)系 ? MCS51是指由美國 INTEL 公司（對了，就是大名鼎鼎的 INTEL）生產(chǎn)的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如 8031，8051， 8751， 8032， 8052， 8752 等，其中 8051 是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機都是在 8051的基礎(chǔ)上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用 8051 來稱呼 MCS51系列單片機，而 8031 是前些年在我國最流行的單片機，所以很多場合會看到 8031的名稱。INTEL 公司將 MCS51 的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以 8051 為核心的單片機，當然，功能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中 89C51 就是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國 ATMEL 公司開發(fā)生產(chǎn) 的。以后我們將用 89C51來完成一系列的實驗。 單片機教程第二課 ：單片機的內(nèi)部、外部結(jié)構(gòu) (一 ) 一、單片機的外部結(jié)構(gòu) 拿到一塊芯片，想要使用它，首先必須要知道怎樣連線，我們用的一塊稱之為 89C51 的芯片，下面我們就看一下如何給它連線。 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 引腳，負極（地）接 20 引腳。 振蒎電路：單片機是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接 1 19腳。只要買來晶振，電容，連上就可以了，按圖 1 接 上即可。 復位引腳：按圖 1 中畫法連好，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。 EA引腳： EA引腳接到正電源端。 至此，一個單片機就接好，通上電，單片機就開始工作了。 我們的第一個任務(wù)是要用單片機點亮一只發(fā)光二極管 LED，顯然，這個 LED 必須要和單片機的某個引腳相連，否則單片機就沒法控制它了，那么和哪個引腳相連呢？單片機上除了剛才用掉的 5 個引腳，還有 35 個，我們將這個 LED 和 1 腳相連。（見圖 1，其中 R1 是限流電阻） 按照這個圖的接法，當 1 腳是高電平時， LED 不亮，只有 1 腳是低電平 時， LED 才發(fā)亮。因此要 1腳我們要能夠控制，也就是說，我們要能夠讓 1 引腳按要求變?yōu)楦呋虻碗娖?。即然我們要控?1 腳，就得給它起個名字，總不能就叫它一腳吧？叫它什么名字呢？設(shè)計 51 芯片的 INTEL 公司已經(jīng)起好了，就叫它 ，這是規(guī)定，不可以由我們來更改。 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者 所有 ) 第 3 頁 共 68 頁 圖 1 名字有了，我們又怎樣讓它變 39。高 39?；蜃?39。低 39。呢？叫人做事，說一聲就可以，這叫發(fā)布命令，要計算機做事，也得要向計 算機發(fā)命令，計算機能聽得懂的命令稱之為計算機的指令。讓一個引腳輸出高電平的指令是 SETB，讓一個引腳輸出低電平的指令是 CLR。因此，我們要 輸出高電平，只要寫 SETB ，要 輸出低電平，只要寫 CLR 就可以了。 現(xiàn)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(zhí)行這條指令呢？總不能也對計算機也說一聲了事吧。要解決這個問題，還得有幾步要走。第一，計算機看不懂 SETB CLR 之類的指令，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(shù)字。因此我們得把 SETB 變?yōu)椋?D2H,90H ），把 CLR 變?yōu)? （ C2H,90H ），至于為什么是這兩個數(shù)字，這也是由 51芯片的設(shè)計者 INTEL 規(guī)定的，我們不去研究。第二步，在得到這兩個數(shù)字后，怎樣讓這兩個數(shù)字進入單片機的內(nèi)部呢？這要借助于一個硬件工具 編程器 。 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(qū)內(nèi)寫入（ D2H,90H）見圖 2，寫入 …… 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 進 去的指令就是讓圖 2 P10 輸出高電平，燈當然不亮，要是亮就錯了?，F(xiàn)在我們再撥下這塊芯片，重新放回到編程器上，將編緝區(qū)的內(nèi)容改為（ C2H,90H），也就是 CLR ，寫片，拿下片子，把片子插進電路板，接電，好，燈亮了。因為我們寫入的（）就是讓 P10 輸出低電平的指令。這樣我們看到，硬件電路的連線沒有做任何改變，只要改變寫入單片機中的內(nèi)容，就可以改變電路的輸出效果。 三、單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析 我們來思考一個問題，當我們在編程器中把一條指令寫進單片要 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者 所有 ) 第 4 頁 共 68 頁 內(nèi)部，然后取下單片機，單片機就可以執(zhí)行這條指令，那么這條指令一定保存在單片機的某個地方，并且這個地方在單片機掉電后依然可以保持這條指令不會丟失，這是個什么地方呢？這個地方就是單片機內(nèi)部的只讀存儲器即 ROM（ READ ONLY MEMORY）。為什么稱它為只讀存儲器呢？剛才我們不是明明把兩個數(shù)字寫進去了嗎？原來在 89C51中的 ROM是一種電可擦除的 ROM，稱為 FLASH ROM，剛才我們是用的編程器，在特殊的條件下由外部設(shè)備對 ROM進行寫的操作，在單片機 正常工作條件下，只能從那面讀，不能把數(shù)據(jù)寫進去，所以我們還是把它稱為 ROM。 單片機教程 數(shù)的本質(zhì)和物理現(xiàn)象。 我們知道，計算機可以進行數(shù)學運算，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，怎么可以進行數(shù)學運算呢？我們做數(shù)學題如37+45 是這樣做的，先在紙上寫 37，然后在下面寫 45，然后大腦運算，最后寫出結(jié)果，運算的原材料： 3 45 和結(jié)果： 82 都是寫在紙上的，計算機中又是放在什么地方呢？為了解決這個問題，先讓我們做一個實驗：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)，我們可以用 ?0?和 ?1?來代替這兩種狀態(tài)，規(guī)定亮為 ?1?，不亮為 ?0?。現(xiàn)在放上兩盞燈，一共有幾種狀態(tài)呢？我們列表來看一下： 狀態(tài) 表達 0 0 0 1 1 0 1 1 請大家自已寫上 3 盞燈的情況 000 001 010 011 100 101 110 111 我們來看，這個 000， 001， 101 不就是我們學過的的二進制數(shù)嗎？本來，燈的亮和滅只是一種物理現(xiàn)象，可當我們把它們按一按的順序排更好后，燈的亮和 滅就代表了數(shù)字了。讓我們再抽象一步，燈為什么會亮呢？看電路 1，是因為輸出電路輸出高電平，給燈通了電。因此，燈亮和滅就可以用電路的輸出是高電平還是低電平來替代了。這樣，數(shù)字就和電平的高、低聯(lián)系上了。（請想一下，我們還看到過什么樣的類似的例子呢？（海軍之）燈語、旗語，電報，甚至紅、綠燈） 位的含義： 通過上面的實驗我們已經(jīng)知道：一盞燈亮或者說一根線的電平的高低，可以代表兩種狀態(tài)：0 和 1。實際上這就是一個二進制位，因此我們就把一根線稱之為一“位”，用 BIT 表示。 字節(jié)的含義： 一根線可以表于 0 和 1，兩根線可以 表達 00， 01， 10， 11 四種狀態(tài)，也就是可以表于 0 到 3，而三根可以表達 07，計算機中通常用 8 根線放在一起，同時計數(shù)，就可以表過到 0255 一共 256 種狀態(tài)。這 8 根線或者 8 位就稱之為一個字節(jié)（ BYTE）。不要問我為什么是 8 根而不是其它數(shù)，因為我也不知道。（計算機世界是一個人造的世界，不是自然界，很多事情你無法問為什么，只能說：它是一種規(guī)定，大家在以后的學習過程中也要注意這個問題） 存儲器的工作原理： 存儲器構(gòu)造 存儲器就是用來存放數(shù)據(jù)的地方。它是利用電平的高低來存放數(shù)據(jù)的，也就是說，它存放的實際上是 電平的高、低，而不是我們所習慣認為的 1234 這樣的數(shù)字，這樣，我們的一個謎團就解開了，計算機也沒什么神秘的嗎。 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權(quán)歸原作者 所有 ) 第 5 頁 共 68 頁 圖 2 圖 3 讓我們看圖 2。這是一個存儲器的示意圖：一個存儲器就象一個個的小抽屜，一個小抽屜里有八個小格子，每個小格子就是用來存 放“電荷”的，電荷通過與它相連的電線傳進來或釋放掉，至于電荷在小格子里是怎樣存的，就不用我們操心了，你可以把電線想象成水管，小格子里的電荷就象是水，那就好理解了。存儲器中的每個小抽屜就是一個放數(shù)據(jù)的地方，我們稱之為一個“單元”。 有了這么一個構(gòu)造，我們就可以開始存放數(shù)據(jù)了，想要放進一個數(shù)據(jù) 12，也就是 00001100，我們只要把第二號和第三號小格子里存滿電荷，而其它小格子里的電荷給放掉就行了（看圖3）。可是問題出來了，看圖 2，一個存儲器有好多單元，線是并聯(lián)的，在放入電荷的時候，會將電荷放入所有的單元中，而釋 放電荷的時候，會把每個單元中的電荷都放掉，這樣的話，不管存儲器有多少個單元，都只能放同一個數(shù)，這當然不是我們所希望的，因此，要在結(jié)構(gòu)上稍作變化，看圖 2，在每個單元上有個控制線，我想要把數(shù)據(jù)放進哪個單元，就給一個信號這個單元的控制線，這個控制線就把開關(guān)打開，這樣電荷就可以自由流動了，而其它單元控制線上沒有信號，所以開關(guān)不打開，不會受到影響，這樣，只要控制不同單元的控制線，就可以向各單元寫入不同的數(shù)據(jù)了，同樣，如果要某個單元中取數(shù)據(jù)，也只要打開相應(yīng)的控制開關(guān)就行了。 存儲器譯碼 那么，我們怎樣來控制各個單元 的控制線呢？這個還不簡單，把每個單元元的控制線都引到集成電路的外面不就行了嗎？事情可沒那么簡單，一片 27512存儲器中有 65536 個單元，把每根線都引出來，這個集成電路就得有 6萬多個腳？不行，怎么辦？要想法減少線的數(shù)量。我們有一種方法稱這為譯碼，簡單介紹一下：一根線可以代表 2 種狀態(tài)， 2 根線可以代表 4種狀態(tài)， 3 根線可以代表幾種， 256 種狀態(tài)又需要幾根線代表？ 8 種， 8 根線，所以 65536種狀態(tài)我們只需要 16 根線就可以代表了。 存儲器的選片及總線的概念 至此，譯碼的問題解決了，讓我們再來關(guān)注另外一個問題。送入 每個單元的八根線是用從什么地方來的呢？它就是從計算機上接過來的，一般地，這八根線除了接一個存儲器之外，還要接其它的器件，如圖 4所示。這樣問題就出來了，這八根線既然不是存儲器和計算機之間專用的，如果總是將某個單元接在這八根線上，就不好了，比如這個存儲器單元中的數(shù)值是0FFH 另一個存儲器的單元是 00H，那么這根線到底是處于高電平，還是低電平？豈非要打架看誰歷害了？所以我們要讓它們分離。辦法當然很簡單，當外面的線接到集成電路的引腳進來后，不直接接到各單元去，中間再加一組開關(guān)（參考圖 4）就行了。平時我們讓開關(guān)打開著 ，如果確實是要向這個存儲器中寫入數(shù)據(jù)，或要從存儲器中讀出數(shù)據(jù)，再讓開關(guān)接通就行了。這組開關(guān)由三根引線選擇：讀控制端、寫控制端和片選端。要將數(shù)據(jù)寫入片中，先選中該片，然后發(fā)出寫信號，開關(guān)就合上了，并將傳過來的數(shù)據(jù)（電荷）寫入片中。如果要讀， 中國最大的管理