51单片机

news/2025/1/26 18:44:06/文章来源:https://www.cnblogs.com/r0xy/p/18692050

环境配置

芯片选AT89C52image-20250109165635148

生成16进制文件，便于烧录image-20250109170841431

烧录：生成对应hex文件导入后，芯片型号为STC89C5RC。串口根据下载STC-ISP说明来操作即可，一般有CH340和PL2303两种。
下载后要重新按一下开关，冷启动

image-20250110200338481

void Delay(unsigned int x)		//@11.0592MHz
{unsigned char i, j;while(x--){i = 2;j = 199;do{while (--j);} while (--i);}
}

电平和阻态

高电平 和 低电平 是引脚主动输出的状态，高阻态是引脚“悬空”的被动状态，用于读取外部信号或避免干扰。

特性 高电平 低电平 高阻态
定义 I/O 引脚输出逻辑 1（通常为 VCC 电压，如 3.3V 或 5V）。 I/O 引脚输出逻辑 0（通常为 GND，0V）。 I/O 引脚处于高阻状态，像断开电路一样，既不输出高电平也不输出低电平。
电平输出 固定为高电平（逻辑 1） 固定为低电平（逻辑 0） 没有固定电平，外部信号决定引脚电平。
电流流动 根据外部负载电流流出引脚 根据外部负载电流流入引脚 几乎没有电流流动。
状态 主动输出电平 主动输出电平 输入状态或 “断开” 状态，无主动输出电平。
功耗 根据外部负载情况有功耗 根据外部负载情况有功耗 极低功耗，几乎没有电流消耗。
信号控制 引脚输出逻辑 1，不受外部信号影响 引脚输出逻辑 0，不受外部信号影响 引脚对外部信号无干扰，可以读取外部电平。
应用场景 控制外部设备逻辑高电平状态，如关闭 LED。 控制外部设备逻辑低电平状态，如点亮 LED。 输入模式或总线共享，避免信号冲突（如 I2C）。

如果指定了寄存器的电平（例如向 P1 写值），对应的 I/O 引脚会输出这个值。

如果没有明确指定寄存器电平（寄存器处于高阻态），对应的 I/O 引脚可以读取外部的输入信号。

什么时候引脚处于高阻态

引脚配置为输入模式时：当将 I/O 引脚设置为输入模式时，内部驱动电路断开，避免对外部信号施加影响。此时，引脚呈现高阻态，允许外部信号主导电平。

多设备共享总线时未被选中：在多设备共享同一数据总线的情况下（如 I²C 总线），未被选中的设备会将其相关引脚置于高阻态，以避免干扰总线上的通信。

特定引脚的默认状态：某些引脚（如 51 单片机的 P0 口）在上电后默认处于高阻态，需通过外部上拉电阻确定其电平状态。

数码管

  1. 找想要的数在数码管上对应位置的电平，得到对应的寄存器的值
  2. 在译码器那看要选第几个，得到译码器对应的输入。

image-20250110194918308

image-20250110201431699

消影

数码管的显示是在位选 端选 位选 端选的不断循环的过程，但是在端选到位选的过程中上一个阶段的数据会有残留，导致数据窜位

寄存器

  • 寄存器是连接软硬件的媒介
  • 在单片机中寄存器就是一段特殊的RAM存储器，一方面，寄存器可以存储和读取数据，另一方面，每一个寄存器背后都连接了一根导线，控制着电路的连接方式
  • 寄存器相当于一个复杂机器的“操作按钮”

在51单片机中，sfr用于定义特殊功能寄存器（SFR），不能用于给寄存器命别名。
如果想命别名需要用#define

sbit可以给某一位命别名。在51单片机中，sbit关键字用于定义特殊功能寄存器（SFR）中的某一位，或者给某一位命别名。

定时器

寻址

可位寻址：可以对单独对寄存器的某一位赋值

不可位寻址：不能单独对寄存器的某一位赋值

模式1

16位定时器/计数器。

SYSclk：系统时钟，即晶振周期

T0 Pin：外部的脉冲

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模式2

8位自动重装模式

将十六位分开，一个计数，另一个存放初值，每次计数完成后AR会自动将值赋给CNT，不用代码处理，比较快，但只有八位所以记的数少了。

使用

可以在定时器里加入Loop()，来扫描。当定时器发生中断时执行Loop()，可以人为的设置20ms执行一次Loop()，也就20ms扫描一次。

用在数码管上就是20ms扫描一个位，这样就不需要内部的Delay()函数来占用CPU资源了。同时由于是利用定时器的中断来进行扫描，需要一个static unsigned char i;来记住这次扫描到哪里，下次继续。Nixie_Scan(i,Nixie_Buf[i]);是选择第i位显示Nixie_Buf[i]的内容。Nixie_Buf[i]的作用是记住这一位上的数字，以免扫描到这一位上时不知道该显示什么数据

定时器扫描按键数码管

/*Nixie.h*/
#ifndef __NIXIE_H__
#define __NIXIE_H__void Nixie_Scan(unsigned char Location,Number);
void Nixie_SetBuf(unsigned char Location,Num);
void Nixie_Loop(void);#endif/*----Nixie.c*/
#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"	//包含Delay头文件unsigned char Nixie_Buf[9];//数码管段码表
unsigned char NixieTable[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};void Nixie_SetBuf(unsigned char Location,Num)
{Nixie_Buf[Location]=Num;
}//数码管显示子函数
void Nixie_Scan(unsigned char Location,Number)
{P0=0x00;switch(Location)		//位码输出{case 1:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=1;break;case 2:P2_4=1;P2_3=1;P2_2=0;break;case 3:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=1;break;case 4:P2_4=1;P2_3=0;P2_2=0;break;case 5:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=1;break;case 6:P2_4=0;P2_3=1;P2_2=0;break;case 7:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=1;break;case 8:P2_4=0;P2_3=0;P2_2=0;break;}P0=NixieTable[Number];	//段码输出
}void Nixie_Loop(void)
{static unsigned char i;Nixie_Scan(i,Nixie_Buf[i]);i++;if(i>=9){i=1;}
}

/*main.c的中断函数*/
void Timer0_Rountine() interrupt 1
{static unsigned int T0Count1=0,T0Count2 = 0;TL0 = 0x18; // 设置定时初始值TH0 = 0xFC; // 设置定时初始值T0Count1++;T0Count2++;if (T0Count1 >= 20){T0Count1 = 0;Key_Loop();}if (T0Count2 >= 2){T0Count2 = 0;Nixie_Loop();}
}

中断系统

51单片机中断系统，只有两个中断优先级51单片机中断系统

串口

串口是一种应用十分广泛的通讯接口，串口成本低、容易使用、通信线路简单，可实现两个设备的互相通信。
单片机的串口可以使单片机与单片机、单片机与电脑、单片机与各式各样的模块互相通信，极大的扩展了单片机的应用范围，增强了单片机系统的硬件实力。
51单片机内部自带UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，通用异步收发器），可实现单片机的串口通信。

波特率

什么是波特率，波特率怎么计算-CSDN博客

实际用的时候直接用STC的波特率计算器就可以了image-20250115000353834

相关术语

  • 全双工：通信双方可以在同一时刻互相传输数据
  • 半双工：通信双方可以互相传输数据，但必须分时复用一根数据线
  • 单工：通信只能有一方发送到另一方，不能反向传输
  • 异步：通信双方各自约定通信速率
  • 同步：通信双方靠一根时钟线来约定通信速率
  • 总线：连接各个设备的数据传输线路(类似于一条马路，把路边各住户连接起来，使住户可以相互交流)

常见通信接口

名称 引脚定义 通信方式 特点
UART TXD、RXD 全双工、异步 点对点通信
I²C SCL、SDA 半双工、同步 可挂载多个设备
SPI SCLK、MOSI、MISO、CS 全双工、同步 可挂载多个设备
1-Wire DQ 半双工、异步 可挂载多个设备

此外还有：CAN、USB等

51单片机的UART

STC89C52有1个UART

STC89C52的UART有四种工作模式：

  • 模式0：同步移位寄存器

  • 模式1：8位UART，波特率可变（常用）

  • 模式2：9位UART，波特率固定

  • 模式3：9位UART，波特率可变

电路

  • 简单双向串口通信有两根通信线（发送端TXD和接收端RXD）

  • TXD与RXD要交叉连接

  • 当只需单向的数据传输时，可以直接一根通信线

  • 当电平标准不一致时，需要加电平转换芯

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  • T——transmit（发送）；
  • X——exchange（交换）；
  • D——data（数据）；
  • R——receive（接收）；

串口参数及时序图

波特率：串口通信的速率（发送和接收各数据位的间隔时间）

检验位：用于数据验证。
如果是偶校验，校验1的个数是否为偶。如果是0000 0011就在后面加0变成0000 0011 0，如果是0000 0111就在后面加1变成0000 0011 1

停止位：用于数据帧间隔

数据是串行通信，都是从低位开始

如果是8位数据格式，发送完之后就是停止位。如果·是9位数据格式，发送完后最后加一个校验位
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串口模式图

51单片机通过定时器的溢出信号来控制串口通信的波特率，从而间接控制收发器的采样时间。发送完成TI会置1引发中断

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SBUF：串口数据缓存寄存器，物理上是两个独立的寄存器，但占用相同的地址。写操作时，写入的是发送寄存器，读操作时，读出的是接收寄存器

串口向电脑发送数据

接收的时候注意一系列配置image-20250115000529891

寄存器配置

SCON

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SM0,SM1为0,1，设置为8位UART
SM1,SM2不用管，设为0。
REN是否接受信息，随便设置。
TB8,RB8，接受和发送时校验，不用管。
TI，RI，发送和接受控制器的最高溢出位，这里需要每次都软件置0，因为硬件置1后不会置0
SCON=0x40，接收的时候要把REN设为1，SCON=050

定时器配置

定时器1，8位自动重载定时器。

禁止定时器中断，这里不需要溢出的时候执行什么东西

中断

串口发送数据后cpu并不需要做什么，所以不需要中断，而串口接收数据后需要保存数据，或者对数据做出一些响应，因此需要中断当前程序转而去执行中断服务程序。

打开中断后执行对应的中断函数需要判断是RI还是TI为1，借此判断是接收还是发送

LED点阵

采用纵向扫描

先向74HC595里写数据，写完后再选要写到哪一列上面，把那一列置0，其他置1。

这里用列是因为每一列都是P1的一位

DS1302（时钟芯片）

命令字

根据串行输入的不同命令字，告诉芯片在哪 写入 什么，或在哪 读出 （什么），并且在上升沿读取IO口，下降沿输出到IO口

image-20250117203713843

如果输入写的命令字的话，在串行输入命令字结束后，D0~D7都是单片机来输入。
如果输入读的命令字的话，在串行输入命令字结束后，D0~D7都是DS1302来输入。

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蜂鸣器

按驱动方式可分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器

  • 有源蜂鸣器：内部自带振荡源，将正负极接上直流电压即可持续发声，频率固定
  • 无源蜂鸣器：内部不带振荡源，需要控制器提供振荡脉冲才可发声，调整提供振荡脉冲的频率，可发出不同频率的声音

51单片机是12T(12分频)，12mhz除以12为1mhz，对应的周期是1us，1us定时器加1

I2C总线

两根通信线：SCL（Serial Clock）、SDA（Serial Data）

同步、半双工，带数据应答

电路规范

所有I2C设备的SCL连在一起，SDA连在一起

设备的SCL和SDA均要配置成开漏输出模式

SCL和SDA各添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右

当没有设备驱动总线时，SCL和SDA需要通过上拉电阻将电平拉高，以确保总线在空闲时处于高电平状态（逻辑“1”）。

开漏输出和上拉电阻的共同作用实现了“线与”的功能，此设计主要是为了解决多机通信互相干扰的问题

image-20250120142549054

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I2C时序结构

注意，发送应答和接受应答都是相对于主机发送和接受

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I2C数据帧

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DS18B20(温度芯片)

操控流程

初始化：从机复位，主机判断从机是否响应
ROM操作：ROM指令+本指令需要的读写操作
功能操作：功能指令+本指令需要的读写操作

ROM指令 功能指令
SEARCH ROM [F0h] CONVERT T [44h]
READ ROM [33h] WRITE SCRATCHPAD [4Eh]
MATCH ROM [55h] READ SCRATCHPAD [BEh]
SKIP ROM [CCh] COPY SCRATCHPAD [48h]
ALARM SEARCH [ECh] RECALL E2 [B8h]
READ POWER SUPPLY [B4h]

内部结构

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64-BIT ROM：作为器件地址，用于总线通信的寻址

SCRATCHPAD（暂存器）：用于总线的数据交互

EEPROM：用于保存温度触发阈值和配置参数

SCRATCHPAD结构

image-20250124111447070

0和1个字节是温度，读取的时候在这读取

2和3字节是存储数据

温度存储格式

负数以补码的格式存储

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单总线

介绍

单总线（1-Wire BUS）是由Dallas公司开发的一种通用数据总线

一根通信线：DQ

异步、半双工

单总线只需要一根通信线即可实现数据的双向传输，当采用寄生供电时，还可以省去设备的VDD线路，此时，供电加通信只需要DQ和GND两根线

电路规范

设备的DQ均要配置成开漏输出模式

DQ添加一个上拉电阻，阻值一般为4.7KΩ左右

若此总线的从机采取寄生供电，则主机还应配一个强上拉输出电路

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时序结构

image-20250124112143690image-20250124112153444image-20250124112226641image-20250124112248924

默认主机发送，

PWM

PWM（Pulse Width Modulation）即脉冲宽度调制，在具有惯性的系统中，可以通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的模拟参量，常应用于电机控速、开关电源等领域

image-20250125110113057

PWM重要参数：
频率 = 1 / TS 占空比 = TON / TS 精度 = 占空比变化步距

DA/AD

DA

T型电阻网络DA转换器

image-20250125161949963

电路中\(I_7=2I_6=4I_5=8I_4=16I_3=32I_2=64I_1=128I_0\)

输出电压$V_O=((D7~D0))/256×(V_REF×R_fb)/R $

当Rfb=R时，\(V_O=((D7~D0))/256×V_REF\)

pwm型

image-20250125161116783

原理：pwm信号由直流和交流分量组成，加低通滤波器可以滤出直流分量

输出电压\(V_O=(PWM占空比)×V_H\)

红外遥控

简介

红外遥控是利用红外光进行通信的设备，由红外LED将调制后的信号发出，由专用的红外接收头进行解调输出

通信方式：单工，异步

红外LED波长：940nm

通信协议标准：NEC标准

调制与解调

发送设备通过电平信号传递信息，接收设备按协议读取信号。但在无线通信中，环境中的红外波（如太阳辐射）会干扰信号。为抗干扰，发送前需调制信号，接收后解调。

调制原理：将信号电平搭载在38kHz方波（载波）上发送；接收设备先解调38kHz信号，再按协议读取数据。

基本发送接收

发送

image-20250125223806764

注意这里TTL为PNP型，是低电平导通。

接收

image-20250125224858304

空闲状态：红外LED不亮，接收头输出高电平
发送低电平：红外LED以38KHz频率闪烁发光，接收头输出低电平
发送高电平：红外LED不亮，接收头输出高电平

NEC协议

NEC协议特征

  1. 基本发送与接收：

    1. （发送设备）空闲状态：红外LED不亮，输出高电平（默认就是发送高电平）；
    2. 发送低电平：红外LED以38KHZ发光，输出低电平；
    3. 发送高电平：红外LED不亮，输出高电平；

  2. 载波频率为38Khz；

  3. 发送的数据格式为:地址码+地址码反码+键码+键码反码；（共32位）；数据低位在前，高位在后；

  4. 位时间为：1.125ms或2.25ms；

NEC编码

image-20250125225352776

杂

CPU通过控制寄存器来控制电路

寄存器8位一组,通过驱动器,为1输出高电平,为0输出低电平

#include <REGX51.H>头文件内定义了这个芯片的寄存器

单片机执行完一次程序后会重新执行

电阻读数：

  • 102=10*10^2=10_00=1k
  • 473=47*10^3=47_000
  • 1001=100*10^1=100_0
  • 1002=100*10^2=100_00

P20-P27：P2端口的8个引脚，作为输入/输出(I/O)端口使用

单片机上电后，所有 IO 口的寄存器默认初始化为逻辑 1，但 IO 口并不主动输出高电平，而是处于高阻态状态，外部需要通过上拉电阻决定最终的引脚电平。

按键按下会接地，使得使对应的口变为低电平

如果寄存器设置了电平，则对应的 I/O 引脚输出该电平；如果寄存器没有设置电平，且引脚处于高阻态，则外部信号会通过 I/O 口送到寄存器中。

消抖：按下和松手都有抖动，会造成按一次执行多次的后果。
检测当按下时停顿一下再执行语句

if(P3_1==0)
{Delay(20);while(P3_1==0);Delay(20);//执行语句
}

单片机是弱上拉，强下拉。给1的时候外部给0，这个IO口输出变为0，输入变为0。给0的时候外部给1，IO口输出为0，输入为0

单片机通过配置寄存器来控制内部线路的连接

&用来清零，|用来置1

取一字节的某一位：Byte & 0x01，这里0x01的1写在想要的那一位的位上

把char作为int类型的高位，int类型的默认为0时，INT |= CHAR<<8

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