【正文】 中國(guó)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(yè) 共 68 頁(yè) 原作： 平凡的單片機(jī) 單片機(jī)教程第一課 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)概述 何謂單片機(jī) 一臺(tái)能夠工作的計(jì)算機(jī)要有這樣幾個(gè)部份構(gòu)成： CPU（進(jìn)行運(yùn)算、控制）、RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）、 ROM（程序存儲(chǔ)）、輸入 /輸出設(shè)備（例如：串行口、并行輸出口等）。在個(gè)人計(jì)算機(jī)上這些部份被分成若干塊芯片，安裝一個(gè)稱之為主板的印刷線路板上。而在單片機(jī)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(jī)，而且有一些單片機(jī)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(gè)天價(jià)！再說(shuō)這塊芯片也得非常大了。 不，價(jià)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(dāng)然功能多一些單片機(jī)也有引腳比較多的，如 68 引腳，功能少的只有 10 多 中國(guó)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(yè) 共 68 頁(yè) 個(gè)或 20 多個(gè)引腳，有的甚至只 8只引腳。為什么會(huì)這樣呢？ 功能有強(qiáng)弱，打個(gè)比方，市場(chǎng)上面有的組合音響一套才賣幾百塊錢，可是有的一臺(tái)功放機(jī)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(jī)已經(jīng)做了十幾年，所以價(jià)格就低了。 既然如此，單片機(jī)的功能肯定不強(qiáng)，干嗎要學(xué)它呢 ？ 話不能這樣說(shuō)，實(shí)際工作中并不是任何需要計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合都要求計(jì)算機(jī)有很高的性能，一個(gè)控制電冰箱溫度的計(jì)算機(jī)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(jià)格比。所以 8051 出來(lái)十多年，依然沒(méi)有被淘汰，還在不斷的發(fā)展中。 MCS51 單片機(jī)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(guó) INTEL 公司（對(duì)了，就是大名鼎鼎的 INTEL）生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)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(jī)都是在 8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來(lái)的，所以人們習(xí)慣于用 8051 來(lái)稱呼 MCS51系列單片機(jī)，而 8031 是前些年在我國(guó)最流行的單片機(jī)，所以很多場(chǎng)合會(huì)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(jī)，當(dāng)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(guó)非常流行的單片機(jī)，它是由美國(guó) ATMEL 公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn) 的。以后我們將用 89C51來(lái)完成一系列的實(shí)驗(yàn)。 單片機(jī)教程第二課 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)的內(nèi)部、外部結(jié)構(gòu) (一 ) 一、單片機(jī)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(dāng)然是必不可少的了。單片機(jī)使用的是 5V 電源，其中正極接 40 引腳，負(fù)極（地）接 20 引腳。 振蒎電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)是一種時(shí)序電路，必須提供脈沖信號(hào)才能正常工作，在單片機(jī)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(lái)晶振，電容，連上就可以了，按圖 1 接 上即可。 復(fù)位引腳：按圖 1 中畫法連好，至于復(fù)位是何含義及為何需要復(fù)要復(fù)位，在單片機(jī)功能中介紹。 EA引腳： EA引腳接到正電源端。 至此，一個(gè)單片機(jī)就接好，通上電，單片機(jī)就開(kāi)始工作了。 我們的第一個(gè)任務(wù)是要用單片機(jī)點(diǎn)亮一只發(fā)光二極管 LED，顯然，這個(gè) LED 必須要和單片機(jī)的某個(gè)引腳相連，否則單片機(jī)就沒(méi)法控制它了，那么和哪個(gè)引腳相連呢？單片機(jī)上除了剛才用掉的 5 個(gè)引腳，還有 35 個(gè)，我們將這個(gè) LED 和 1 腳相連。（見(jiàn)圖 1，其中 R1 是限流電阻） 按照這個(gè)圖的接法，當(dāng) 1 腳是高電平時(shí)， LED 不亮，只有 1 腳是低電平 時(shí)， LED 才發(fā)亮。因此要 1腳我們要能夠控制，也就是說(shuō)，我們要能夠讓 1 引腳按要求變?yōu)楦呋虻碗娖健＜慈晃覀円刂?1 腳，就得給它起個(gè)名字，總不能就叫它一腳吧？叫它什么名字呢？設(shè)計(jì) 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(lái)更改。 中國(guó)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(yè) 共 68 頁(yè) 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(shuō)一聲就可以，這叫發(fā)布命令，要計(jì)算機(jī)做事，也得要向計(jì) 算機(jī)發(fā)命令，計(jì)算機(jī)能聽(tīng)得懂的命令稱之為計(jì)算機(jī)的指令。讓一個(gè)引腳輸出高電平的指令是 SETB，讓一個(gè)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(jì)算機(jī)去將 P10 輸出高或低電平了，但是我們?cè)鯓硬拍苡?jì)算機(jī)執(zhí)行這條指令呢？總不能也對(duì)計(jì)算機(jī)也說(shuō)一聲了事吧。要解決這個(gè)問(wèn)題，還得有幾步要走。第一，計(jì)算機(jī)看不懂 SETB CLR 之類的指令，我們得把指令翻譯成計(jì)算機(jī)能懂的方式，再讓計(jì)算機(jī)去讀。計(jì)算機(jī)能懂什么呢 ？它只懂一樣?xùn)|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(gè)數(shù)字，這也是由 51芯片的設(shè)計(jì)者 INTEL 規(guī)定的，我們不去研究。第二步，在得到這兩個(gè)數(shù)字后，怎樣讓這兩個(gè)數(shù)字進(jìn)入單片機(jī)的內(nèi)部呢？這要借助于一個(gè)硬件工具 編程器 。 我們將編程器與電腦連好，運(yùn)行編程器的軟件，然后在編緝區(qū)內(nèi)寫入（ D2H,90H）見(jiàn)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(duì)了，因?yàn)槲覀儗?進(jìn) 去的指令就是讓圖 2 P10 輸出高電平，燈當(dāng)然不亮，要是亮就錯(cuò)了?，F(xiàn)在我們?cè)贀芟逻@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(jìn)電路板，接電，好，燈亮了。因?yàn)槲覀儗懭氲模ǎ┚褪亲?P10 輸出低電平的指令。這樣我們看到，硬件電路的連線沒(méi)有做任何改變，只要改變寫入單片機(jī)中的內(nèi)容，就可以改變電路的輸出效果。 三、單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析 我們來(lái)思考一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)我們?cè)诰幊唐髦邪岩粭l指令寫進(jìn)單片要 中國(guó)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(yè) 共 68 頁(yè) 內(nèi)部，然后取下單片機(jī)，單片機(jī)就可以執(zhí)行這條指令，那么這條指令一定保存在單片機(jī)的某個(gè)地方，并且這個(gè)地方在單片機(jī)掉電后依然可以保持這條指令不會(huì)丟失，這是個(gè)什么地方呢？這個(gè)地方就是單片機(jī)內(nèi)部的只讀存儲(chǔ)器即 ROM（ READ ONLY MEMORY）。為什么稱它為只讀存儲(chǔ)器呢？剛才我們不是明明把兩個(gè)數(shù)字寫進(jìn)去了嗎？原來(lái)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(duì) ROM進(jìn)行寫的操作，在單片機(jī) 正常工作條件下，只能從那面讀，不能把數(shù)據(jù)寫進(jìn)去，所以我們還是把它稱為 ROM。 單片機(jī)教程 數(shù)的本質(zhì)和物理現(xiàn)象。 我們知道，計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，這可令我們非常的難以理解，計(jì)算機(jī)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(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算呢？我們做數(shù)學(xué)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(yùn)算，最后寫出結(jié)果，運(yùn)算的原材料： 3 45 和結(jié)果： 82 都是寫在紙上的，計(jì)算機(jī)中又是放在什么地方呢？為了解決這個(gè)問(wèn)題，先讓我們做一個(gè)實(shí)驗(yàn)：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(lái)代替這兩種狀態(tài)，規(guī)定亮為 ?1?，不亮為 ?0??，F(xiàn)在放上兩盞燈，一共有幾種狀態(tài)呢？我們列表來(lái)看一下： 狀態(tài) 表達(dá) 0 0 0 1 1 0 1 1 請(qǐng)大家自已寫上 3 盞燈的情況 000 001 010 011 100 101 110 111 我們來(lái)看，這個(gè) 000， 001， 101 不就是我們學(xué)過(guò)的的二進(jìn)制數(shù)嗎？本來(lái)，燈的亮和滅只是一種物理現(xiàn)象，可當(dāng)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?cè)俪橄笠徊?，燈為什么?huì)亮呢？看電路 1，是因?yàn)檩敵鲭娐份敵龈唠娖?，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(lái)替代了。這樣，數(shù)字就和電平的高、低聯(lián)系上了。（請(qǐng)想一下，我們還看到過(guò)什么樣的類似的例子呢？（海軍之）燈語(yǔ)、旗語(yǔ)，電報(bào)，甚至紅、綠燈） 位的含義： 通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)我們已經(jīng)知道：一盞燈亮或者說(shuō)一根線的電平的高低，可以代表兩種狀態(tài)：0 和 1。實(shí)際上這就是一個(gè)二進(jìn)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(dá) 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(dá) 07，計(jì)算機(jī)中通常用 8 根線放在一起，同時(shí)計(jì)數(shù)，就可以表過(guò)到 0255 一共 256 種狀態(tài)。這 8 根線或者 8 位就稱之為一個(gè)字節(jié)（ BYTE）。不要問(wèn)我為什么是 8 根而不是其它數(shù)，因?yàn)槲乙膊恢馈＃ㄓ?jì)算機(jī)世界是一個(gè)人造的世界，不是自然界，很多事情你無(wú)法問(wèn)為什么，只能說(shuō)：它是一種規(guī)定，大家在以后的學(xué)習(xí)過(guò)程中也要注意這個(gè)問(wèn)題） 存儲(chǔ)器的工作原理： 存儲(chǔ)器構(gòu)造 存儲(chǔ)器就是用來(lái)存放數(shù)據(jù)的地方。它是利用電平的高低來(lái)存放數(shù)據(jù)的，也就是說(shuō)，它存放的實(shí)際上是 電平的高、低，而不是我們所習(xí)慣認(rèn)為的 1234 這樣的數(shù)字，這樣，我們的一個(gè)謎團(tuán)就解開(kāi)了，計(jì)算機(jī)也沒(méi)什么神秘的嗎。 中國(guó)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(yè) 共 68 頁(yè) 圖 2 圖 3 讓我們看圖 2。這是一個(gè)存儲(chǔ)器的示意圖：一個(gè)存儲(chǔ)器就象一個(gè)個(gè)的小抽屜，一個(gè)小抽屜里有八個(gè)小格子，每個(gè)小格子就是用來(lái)存 放“電荷”的，電荷通過(guò)與它相連的電線傳進(jìn)來(lái)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(chǔ)器中的每個(gè)小抽屜就是一個(gè)放數(shù)據(jù)的地方，我們稱之為一個(gè)“單元”。 有了這么一個(gè)構(gòu)造，我們就可以開(kāi)始存放數(shù)據(jù)了，想要放進(jìn)一個(gè)數(shù)據(jù) 12，也就是 00001100，我們只要把第二號(hào)和第三號(hào)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）?？墒菃?wèn)題出來(lái)了，看圖 2，一個(gè)存儲(chǔ)器有好多單元，線是并聯(lián)的，在放入電荷的時(shí)候，會(huì)將電荷放入所有的單元中，而釋 放電荷的時(shí)候，會(huì)把每個(gè)單元中的電荷都放掉，這樣的話，不管存儲(chǔ)器有多少個(gè)單元，都只能放同一個(gè)數(shù)，這當(dāng)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(gè)單元上有個(gè)控制線，我想要把數(shù)據(jù)放進(jìn)哪個(gè)單元，就給一個(gè)信號(hào)這個(gè)單元的控制線，這個(gè)控制線就把開(kāi)關(guān)打開(kāi)，這樣電荷就可以自由流動(dòng)了，而其它單元控制線上沒(méi)有信號(hào)，所以開(kāi)關(guān)不打開(kāi)，不會(huì)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(gè)單元中取數(shù)據(jù)，也只要打開(kāi)相應(yīng)的控制開(kāi)關(guān)就行了。 存儲(chǔ)器譯碼 那么，我們?cè)鯓觼?lái)控制各個(gè)單元 的控制線呢？這個(gè)還不簡(jiǎn)單，把每個(gè)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(méi)那么簡(jiǎn)單，一片 27512存儲(chǔ)器中有 65536 個(gè)單元，把每根線都引出來(lái)，這個(gè)集成電路就得有 6萬(wàn)多個(gè)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(jiǎn)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(chǔ)器的選片及總線的概念 至此，譯碼的問(wèn)題解決了，讓我們?cè)賮?lái)關(guān)注另外一個(gè)問(wèn)題。送入 每個(gè)單元的八根線是用從什么地方來(lái)的呢？它就是從計(jì)算機(jī)上接過(guò)來(lái)的，一般地，這八根線除了接一個(gè)存儲(chǔ)器之外，還要接其它的器件，如圖 4所示。這樣問(wèn)題就出來(lái)了，這八根線既然不是存儲(chǔ)器和計(jì)算機(jī)之間專用的，如果總是將某個(gè)單元接在這八根線上，就不好了，比如這個(gè)存儲(chǔ)器單元中的數(shù)值是0FFH 另一個(gè)存儲(chǔ)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(shuí)歷害了？所以我們要讓它們分離。辦法當(dāng)然很簡(jiǎn)單，當(dāng)外面的線接到集成電路的引腳進(jìn)來(lái)后，不直接接到各單元去，中間再加一組開(kāi)關(guān)（參考圖 4）就行了。平時(shí)我們讓開(kāi)關(guān)打開(kāi)著 ，如果確實(shí)是要向這個(gè)存儲(chǔ)器中寫入數(shù)據(jù)，或要從存儲(chǔ)器中讀出數(shù)據(jù)，再讓開(kāi)關(guān)接通就行了。這組開(kāi)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(hào)，開(kāi)關(guān)就合上了，并將傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)（電荷）寫入片中。如果要讀， 中國(guó)最大的管理