單片機學(xué)習(xí)知識點全攻略（一）

導(dǎo)語：單片機對于初學(xué)者來說確實很難理解，不少學(xué)過單片機的同學(xué)或電子愛好者，甚至在畢業(yè)時仍舊是一無所獲。基于此，電子發(fā)燒友網(wǎng)將整合《單片機關(guān)鍵知識點全攻略》，共分為四個系列，以饗讀者，敬請期待！此系列對于業(yè)內(nèi)電子工程師也有收藏和參考價值。

單片機關(guān)鍵知識點一覽：

系列一

　　1：單片機簡敘

　　2：單片機引腳介紹

　　3：單片機存儲器結(jié)構(gòu)

　　4：第一個單片機小程序

　　5：單片機延時程序分析

　　6：單片機并行口結(jié)構(gòu)

　　7：單片機的特殊功能寄存器

系列二

　　8：單片機尋址方式與指令系統(tǒng)

　　9：單片機數(shù)據(jù)傳遞類指令

　　10：單片機數(shù)據(jù)傳送類指令

　　11：單片機算術(shù)運算指令

　　12：單片機邏輯運算類指令

　　13：單片機邏輯與或異或指令祥解

　　14：單片機條件轉(zhuǎn)移指令

系列三

　　15：單片機位操作指令

　　16：單片機定時器與計數(shù)器

　　17：單片機定時器/計數(shù)器的方式

　　18：單片機的中斷系統(tǒng)

　　19：單片機定時器、中斷試驗

　　20：單片機定時/計數(shù)器實驗

　　21：單片機串行口介紹

系列四

　　22：單片機串行口通信程序設(shè)計

　　23：LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示接口與編

　　24：動態(tài)掃描顯示接口電路及程序

　　25：單片機鍵盤接口程序設(shè)計

　　26：單片機矩陣式鍵盤接口技術(shù)及

　　27：關(guān)于單片機的一些基本概念

　　28：實際案例實踐——單片機音樂程序設(shè)計

　　1：單片機簡敘

　　什么是單片機 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。

　　單片機是一種控制芯片，一個微型的計算機，而加上晶振，存儲器，地址鎖存器，邏輯門，七段譯碼器（顯示器），按鈕（類似鍵盤），擴展芯片，接口等那是單片機系統(tǒng)。

　　2：單片機引腳介紹

　　單片機的40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。

　　⒈ 電源：

　?、?VCC - 芯片電源，接+5V；

　?、?VSS - 接地端；

　?、?時鐘：XTAL1、XTAL2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。

　?、?控制線：控制線共有4根，

　　⑴ ALE/PROG：地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖

　?、?ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址

　　② PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。

　?、?PSEN：外ROM讀選通信號。

　?、?RST/VPD：復(fù)位/備用電源。

　　① RST（Reset）功能：復(fù)位信號輸入端。

　?、?VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。

　　⑷ EA/Vpp：內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。

　?、?EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。

　?、?Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。

⒋ I/O線

　　80C51共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。

　　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。

　　1、 電源：這當(dāng)然是必不可少的了。單片機使用的是5V電源，其中正極接40管腳，負極（地）接20管腳。

　　2、 振蒎電路：單片機是一種時序電路，必須供給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18、19腳。只要買來晶體震蕩器，電容，連上就能了，按圖1接上即可。

　　3、 復(fù)位管腳：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，在單片機功能中介紹。

　　4、 EA管腳：EA管腳接到正電源端。 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管腳相連，不然單片機就沒法控制它了，那么和哪個管腳相連呢？單片機上除了剛才用掉的5個管腳，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(dāng)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管腳按要求變?yōu)楦呋虻碗娖?。即然我們要控?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P1.0，這是規(guī)定，不能由我們來更改。

　　圖1

　　名字有了，我們又怎樣讓它變‘高’或變‘低’呢？叫人做事，說一聲就能，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。讓一個管腳輸出高電平的指令是SETB，讓一個管腳輸出低電平的指令是CLR。因此，我們要P1.0輸出高電平，只要寫SETB P1.0，要P1.0輸出低電平，只要寫 CLR P1.0就能了。

　　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?xùn)|西——數(shù)字。因此我們得把SETB P1.0變?yōu)椋―2H，90H ），把CLR P1.0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”。如果你還不知道是什么是編程器，我來介紹一下，就是把你在電腦上寫出來來的代碼用匯編器等編譯器生成的一個目標(biāo)燒寫到單片機的eprom里面去的工具，80c51這種類型的單片機編程是一件很麻煩的事情，必要要先裝到編程器上編程后才能在設(shè)備上使用，而目前最新的89s51單片機居然在線編程（isp）功能，不用拔出來利用簡單的電路就可以實現(xiàn)把代碼寫入單片機內(nèi)部，本站有詳細的at89s51編程器制作教程

　　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，

　　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P10輸出高電平，燈當(dāng)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 P1.0，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，就能改變電路的輸出效果。

　　3：單片機存儲器結(jié)構(gòu)

　　單片機內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)分析

　　我們來思考一個問題，當(dāng)我們在編程器中把一條指令寫進單片要內(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。

　　數(shù)的本質(zhì)和物理現(xiàn)象：我們知道，計算機能進行數(shù)學(xué)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，怎么能進行數(shù)學(xué)運算呢？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，然后大腦運算，最后寫出結(jié)果，運算的原材料：37、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)，我們能用’0’和’1’來代替這兩種狀態(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？我們列表來看一下：

　　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(xué)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(dāng)我們把它們按一按的次序排更好后，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，燈亮和滅就能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程呢？（海軍之）燈語、旗語，電報，甚至紅、綠燈）

　　什么是位：

　　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，能代表兩種狀態(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。

　　什么是字節(jié)：

　　一根線能表于0和1，兩根線能表達00，01，10，11四種狀態(tài)，也就是能表于0到3，而三根能表達0-7，計算機中常常用8根線放在一起，同時計數(shù)，就能表過到0-255一共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。（計算機世界是一本人造的世界，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(xué)習(xí)過程中也要注意這個問題）

　　存儲器的工作原理：

　　1、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(xí)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。

　　圖2

　　圖3

　　讓我們看圖2。單片機里面都有這樣的存儲器，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，你能把電線想象成水管，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，我們就能開始存放數(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(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，這樣電荷就能自由流動了，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，只要控制不一樣單元的控制線，就能向各單元寫入不一樣的數(shù)據(jù)了，同樣，如果要某個單元中取數(shù)據(jù)，也只要打開對應(yīng)的控制開關(guān)就行了。

2、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。我們有一種辦法稱這為譯碼，簡單介紹一下：一根線能代表2種狀態(tài)，2根線能代表4種狀態(tài)，3根線能代表幾種，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根線就能代表了。

　　3、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(dāng)然很簡單，當(dāng)外面的線接到集成電路的管腳進來后，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)關(guān)閉著，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，先選中該片，然后發(fā)出讀信號，開關(guān)合上，數(shù)據(jù)就被送出去了。注意圖4，讀和寫信號同時還接入到另一個存儲器，但是由于片選端不一樣，所以雖有讀或?qū)懶盘?，但沒有片選信號，所以另一個存儲器不會“誤會”而開門，造成沖突。那么會不一樣時選中兩片芯片呢？只要是設(shè)計好的系統(tǒng)就不會，因為它是由計算控制的，而不是我們?nèi)藖砜刂频?，如果真的出現(xiàn)同時出現(xiàn)選中兩片的情況，那就是電路出了故障了，這不在我們的討論之列。