易懂单片机教程.docx
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易懂单片机教程
准备工作
在你决定学习单片机之前，请做好如下准备工作：
一、硬件准备：
随着技术的发展，单片机开发手段也越来越先进，而价格却不断下降。
当FLASH型单片机被广泛应用后，采用软件模拟加写片验证成为一种经济实用的实验方法。
而近年来很多单片机都具有了ISP功能，只要一根下载线即可以编程，不再需要编程器。
美国SST公司推出的SST系列单片机更是集成了仿真功能，配合Keil软件，可使用户的目标板直接具有仿真功能，将单片机的易用性推向一个新的高度。
我们推荐给大家的学习单片机的设备是：
方案1：
（1）计算机一台；
（2）具有仿真功能的实验板一块，（3）其它如电烙铁、实验电源等常规工具。
方案2：
（1）计算机一台；
（2）下载型实验板一块；（3）下载线一根；（4）其它如电烙铁、实验电源等常工具。
方案1的特点是实验板本身具有仿真能力，性价比高。
方案2价格略低。
如果你想学单片机，而又不愿做这些投资，我劝你最好还是放弃，否则可能只会挫伤你学习的积极性和浪费你的时间。
好在这些投资并不算多。
计算机：
你能上网，计算机当然有了。
实验仿真板：
本站和一些其他网站可提供。
很多人愿意比较，甚至问作者哪家的好，我自己当然只会说我的好^_^，没别的，和我的教材配套，度身定做。
而且还可以为学习AVR单片机做点准备，因为该板还可以使用AVR单片机。
点击这里查看详情
实验板：
本站也能提供了一块商品化的实验板。
如果你愿意自己动手做，那么本站提供的一块单面板可能很适合你，本板可以使用89S52单片机，不过提醒你，本板上未设计有下载接口，如果你想用下载线，得要自己焊线或重新设计线路板。
下载线：
本站提供了一根下载线，该下载线严格按照ATMEL公司提供的电路设计，全贴片工艺，全部电路安装于一个普通的并行接口外壳中，经过测试，稳定性良好。
你也可以自制，本站也提供了自制方案供下载，我们也推荐电子技术网站的ISPPRO下载线，这是目前可见的最完善的下载线
二、软件准备：
单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。
运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。
掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。
学了一段时间之后，有朋友或许觉得不过瘾了，老是纸上谈兵，用个LED亮亮，有什么意思。
。
。
下面我们就准备让大家实战一场了，敬请关注实战之一：
流水灯（这次是用真的电灯了，当心啦，没接触过强电的千万别试，爆了管子可别怪我^_^。
单片机教学
（2）
单片机的内部、外部结构
（一）
一、单片机的外部结构
拿到一块芯片，想要使用它，首先必须要知道怎样连线，我们用的一块称之为89C51的芯片，下面我们就看一下如何给它连线。
1、电源：
这当然是必不可少的了。
单片机使用的是5V电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。
2、振蒎电路：
单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。
只要买来晶振，电容，连上就可以了，按图1接上即可。
3、复位引脚：
按图1中画法连好，至于复位是何含义及为何需要复要复位，在单片机功能中介绍。
4、EA引脚：
EA引脚接到正电源端。
至此，一个单片机就接好，通上电，单片机
就开始工作了。
图1
二、任务分析
我们的第一个任务是要用单片机点亮一只发光二极管LED，显然，这个LED必须要和单片机的某个引脚相连，否则单片机就没法控制它了，那么和哪个引脚相连呢？
单片机上除了刚才用掉的5个引脚，还有35个，我们将这个LED和1脚相连。
（见图1，其中R1是限流电阻）
按照这个图的接法，当1脚是高电平时，LED不亮，只有1脚是低电平时，LED才发亮。
因此要1脚我们要能够控制，也就是说，我们要能够让1引脚按要求变为高或低电平。
即然我们要控制1脚，就得给它起个名字，总不能就叫它一脚吧？
叫它什么名字呢？
设计51芯片的INTEL公司已经起好了，就叫它P1.0，这是规定，不可以由我们来更改。
名字有了，我们又怎样让它变'高'或变'低'呢？
叫人做事，说一声就可以，这叫发布命令，要计算机做事，也得要向计算机发命令，计算机能听得懂的命令称之为计算机的指令。
让一个引脚输出高电平的指令是SETB，让一个引脚输出低电平的指令是CLR。
因此，我们要P1.0输出高电平，只要写SETBP1.0，要P1.0输出低电平，只要写CLRP1.0就可以了。
现在我们已经有办法让计算机去将P10输出高或低电平了，但是我们怎样才能计算机执行这条指令呢？
总不能也对计算机也说一声了事吧。
要解决这个问题，还得有几步要走。
第一，计算机看不懂SETBCLR之类的指令，我们得把指令翻译成计算机能懂的方式，再让计算机去读。
计算机能懂什么呢？
它只懂一样东西——数字。
因此我们得把SETBP1.0变为（D2H,90H），把CLRP1.0变为（C2H,90H），至于为什么是这两个数字，这也是由51芯片的设计者--INTEL规定的，我们不去研究。
第二步，在得到这两个数字后，怎样让这两个数字进入单片机的内部呢？
这要借助于一个硬件工具"编程器"。
我们将编程器与电脑连好，运行编程器的软件，然后在编缉区内写入（D2H,90H）见图2，写入……好，拿下片子，把片子插入做好的电路板，接通电源……什么?
灯不亮？
这就对了，因为我们写进去的指令就是让
图2
P10输出高电平，灯当然不亮，要是亮就错了。
现在我们再拨下这块芯片，重新放回到编程器上，将编缉区的内容改为（C2H,90H），也就是CLRP1.0，写片，拿下片子，把片子插进电路板，接电，好，灯亮了。
因为我们写入的（）就是让P10输出低电平的指令。
这样我们看到，硬件电路的连线没有做任何改变，只要改变写入单片机中的内容，就可以改变电路的输出效果。
三、单片机内部结构分析
我们来思考一个问题，当我们在编程器中把一条指令写进单片要内部，然后取下单片机，单片机就可以执行这条指令，那么这条指令一定保存在单片机的某个地方，并且这个地方在单片机掉电后依然可以保持这条指令不会丢失，这是个什么地方呢？
这个地方就是单片机内部的只读存储器即ROM（READONLYMEMORY）。
为什么称它为只读存储器呢？
刚才我们不是明明把两个数字写进去了吗？
原来在89C51中的ROM是一种电可擦除的ROM，称为FLASHROM，刚才我们是用的编程器，在特殊的条件下由外部设备对ROM进行写的操作，在单片机正常工作条件下，只能从那面读，不能把数据写进去，所以我们还是把它称为ROM。
半导体存储器
1．数的本质和物理现象。
我们知道，计算机可以进行数学运算，这可令我们非常的难以理解，计算机吗，我们虽不了解它的组成，但它总只是一些电子元器件，怎么可以进行数学运算呢？
我们做数学题如37+45是这样做的，先在纸上写37，然后在下面写45，然后大脑运算，最后写出结果，运算的原材料：
37、45和结果：
82都是写在纸上的，计算机中又是放在什么地方呢？
为了解决这个问题，先让我们做一个实验：
这里有一盏灯，我们知道灯要么亮，要么不亮，就有两种状态，我们可以用’0’和’1’来代替这两种状态，规定亮为’1’，不亮为’0’。
现在放上两盏灯，一共有几种状态呢？
我们列表来看一下：
状态
表达
00
01
10
11
请大家自已写上3盏灯的情况000001010011100101110111
我们来看，这个000，001，101不就是我们学过的的二进制数吗？
本来，灯的亮和灭只是一种物理现象，可当我们把它们按一按的顺序排更好后，灯的亮和灭就代表了数字了。
让我们再抽象一步，灯为什么会亮呢？
看电路1，是因为输出电路输出高电平，给灯通了电。
因此，灯亮和灭就可以用电路的输出是高电平还是低电平来替代了。
这样，数字就和电平的高、低联系上了。
（请想一下，我们还看到过什么样的类似的例子呢？
（海军之）灯语、旗语，电报，甚至红、绿灯）
位的含义：
通过上面的实验我们已经知道：
一盏灯亮或者说一根线的电平的高低，可以代表两种状态：
0和1。
实际上这就是一个二进制位，因此我们就把一根线称之为一“位”，用BIT表示。
字节的含义：
一根线可以表于0和1，两根线可以表达00，01，10，11四种状态，也就是可以表于0到3，而三根可以表达0-7，计算机中通常用8根线放在一起，同时计数，就可以表过到0-255一共256种状态。
这8根线或者8位就称之为一个字节（BYTE）。
不要问我为什么是8根而不是其它数，因为我也不知道。
（计算机世界是一个人造的世界，不是自然界，很多事情你无法问为什么，只能说：
它是一种规定，大家在以后的学习过程中也要注意这个问题）
存储器的工作原理：
1、存储器构造
存储器就是用来存放数据的地方。
它是利用电平的高低来存放数据的，也就是说，它存放的实际上是电平的高、低，而不是我们所习惯认为的1234这样的数字，这样，我们的一个谜团就解开了，计算机也没什么神秘的吗。
图2
图3
让我们看图2。
这是一个存储器的示意图：
一个存储器就象一个个的小抽屉，一个小抽屉里有八个小格子，每个小格子就是用来存放“电荷”的，电荷通过与它相连的电线传进来或释放掉，至于电荷在小格子里是怎样存的，就不用我们操心了，你可以把电线想象成水管，小格子里的电荷就象是水，那就好理解了。
存储器中的每个小抽屉就是一个放数据的地方，我们称之为一个“单元”。
有了这么一个构造，我们就可以开始存放数据了，想要放进一个数据12，也就是00001100，我们只要把第二号和第三号小格子里存满电荷，而其它小格子里的电荷给放掉就行了（看图3）。
可是问题出来了，看图2，一个存储器有好多单元，线是并联的，在放入电荷的时候，会将电荷放入所有的单元中，而释放电荷的时候，会把每个单元中的电荷都放掉，这样的话，不管存储器有多少个单元，都只能放同一个数，这当然不是我们所希望的，因此，要在结构上稍作变化，看图2，在每个单元上有个控制线，我想要把数据放进哪个单元，就给一个信号这个单元的控制线，这个控制线就把开关打开，这样电荷就可以自由流动了，而其它单元控制线上没有信号，所以开关不打开，不会受到影响，这样，只要控制不同单元的控制线，就可以向各单元写入不同的数据了，同样，如果要某个单元中取数据，也只要打开相应的控制开关就行了。
2、存储器译码
那么，我们怎样来控制各个单元的控制线呢？
这个还不简单，把每个单元元的控制线都引到集成电路的外面不就行了吗？
事情可没那么简单，一片27512存储器中有65536个单元，把每根线都引出来，这个集成电路就得有6万多个脚？
不行，怎么办？
要想法减少线的数量。
我们有一种方法称这为译码，简单介绍一下：
一根线可以代表2种状态，2根线可以代表4种状态，3根线可以代表几种，256种状态又需要几根线代表？
8种，8根线，所以65536种状态我们只需要16根线就可以代表了。
图4
3、存储器的选片及总线的概念
至此，译码的问题解决了，让我们再来关注另外一个问题。
送入每个单元的八根线是用从什么地方来的呢？
它就是从计算机上接过来的，一般地，这八根线除了接一个存储器之外，还要接其它的器件，如图4所示。
这样问题就出来了，这八根线既然不是存储器和计算机之间专用的，如果总是将某个单元接在这八根线上，就不好了，比如这个存储器单元中的数值是0FFH另一个存储器的单元是00H，那么这根线到底是处于高电平，还是低电平？
岂非要打架看谁历害了？
所以我们要让它们分离。
办法当然很简单，当外面的线接到集成电路的引脚进来后，不直接接到各单元去，中间再加一组开关（参考图4）就行了。
平时我们让开关打开着，如果确实是要向这个存储器中写入数据，或要从存储器中读出数据，再让开关接通就行了。
这组开关由三根引线选择：
读控制端、写控制端和片选端。
要将数据写入片中，先选中该片，然后发出写信号，开关就合上了，并将传过来的数据（电荷）写入片中。
如果要读，先选中该片，然后发出读信号，开关合上，数据就被送出去了。
注意图4，读和写信号同时还接入到另一个存储器，但是由于片选端不同，所以虽有读或写信号，但没有片选信号，所以另一个存储器不会“误会”而开门，造成冲突。
那么会不同时选中两片芯片呢？
只要是设计好的系统就不会，因为它是由计算控制的，而不是我们人来控制的，如果真的出现同时出现选中两片的情况，那就是电路出了故障了，这不在我们的讨论之列。
从上面的介绍中我们已经看到，用来传递数据的八根线并不是专用的，而是很多器件大家共用的，所以我们称之为数据总线，总线英文名为BUS，总即公交车道，谁者可以走。
而十六根地址线也是连在一起的，称之为地址总线。
半导体存储器的分类
按功能可以分为只读和随机存取存储器两大类。
所谓只读，从字面上理解就是只可以从里面读，不能写进去，它类似于我们的书本，发到我们手回之后，我们只能读里面的内容，不可以随意更改书本上的内容。
只读存储器的英文缩写为ROM（READONLYMEMORY）
所谓随机存取存储器，即随时可以改写，也可以读出里面的数据，它类似于我们的黑板，我可以随时写东西上去，也可以用黑板擦擦掉重写。
随机存储器的英文缩写为RAM（READRANDOMMEMORY）这两种存储器的英文缩写一定要记牢。
注意：
所谓的只读和随机存取都是指在正常工作情况下而言，也就是在使用这块存储器的时候，而不是指制造这块芯片的时候。
否则，只读存储器中的数据是怎么来的呢？
其实这个道理也很好理解，书本拿到我们手里是不能改了，可以当它还是原材料——白纸的时候，当然可以由印刷厂印上去了。
顺便解释一下其它几个常见的概念。
PROM，称之为可编程存储器。
这就象我们的练习本，买来的时候是空白的，可以写东西上去，可一旦写上去，就擦不掉了，所以它只能用写一次，要是写错了，就报销了。
EPROM，称之为紫外线擦除的可编程只读存储器。
它里面的内容写上去之后，如果觉得不满意，可以用一种特殊的方法去掉后重写，这就是用紫外线照射，紫外线就象“消字灵”，可以把字去掉，然后再重写。
当然消的次数多了，也就不灵光了，所以这种芯片可以擦除的次数也是有限的——几百次吧。
FLASH，称之为闪速存储器，它和EPROM类似，写上去的东西也可以擦掉重写，但它要方便一些，不需要光照了，只要用电学方法就可以擦除，所以就方便许多，而且寿面也很长（几万到几十万次不等）。
再次强调，这里的所有的写都不是指在正常工作条件下。
不管是PROM、EPROM还是FLASHROM，它们的写都要有特殊的条件，一般我们用一种称之为“编程器”的设备来做这项工作，一旦把它装到它的工作位置，就不能随便改写了。
单片机教学（3）
单片机的内外部结构分析
（二）
一、程序的完善
上一次我们的程序实在是没什么用，要灯亮还要重写一下片子，下面我们要让灯不断地闪烁，这就有一定的实用价值了，比如可以把它当成汽车上的一个信号灯用了。
怎样才能让灯不断地闪烁呢？
实际上就是要灯亮一段时间，再灭一段时间，也就是说要P10不断地输出高和低电平。
怎样实现这个要求呢？
请考虑用下面的指令是否可行：
SETBP10
CLRP10
……
这是不行的，有两个问题，第一，计算机执行指令的时间很快，执行完SETBP10后，灯是灭了，但在极短时间（微秒级）后，计算机又执行了CLRP10指令，灯又亮了，所以根本分辨不出灯曾灭过。
第二，在执行完CLRP10后，不会再去执行SETBP10指令，所以以后再也没有机会让灭了。
为了解决这两个问题，我们可以做如下设想，第一，在执行完SETBP10后，延时一段时间（几秒或零点几秒）再执行第二条指令，就可以分辨出灯曾灭过了。
第二在执行完第二条指令后，让计算机再去执行第一条指令，不断地在原地兜圈，我们称之为"循环"，这样就可以完成任务了。
以下先给出程序（后面括号中的数字是为了便于讲解而写的，实际不用输入）：
；主程序：
LOOP：
SETBP10 ；（１）
LCALLDELAY ；（２）
CLRP10 ；（３）
LCALLDELAY ；（４）
AJMPLOOP ；（５）
；以下子程序
DELAY：
MOVR7，#250 ；（６）
D1：
MOVR6，#250 ；（７）
D2：
DJNZR6，D2 ；（８）
DJNZR7，D1 ；（９）
RET ；（１０）
END ；（１１）
按上面的设想分析一下前面的五条指令。
第一条是让灯灭，第二条应当是延时，第三条是让灯亮，第四条和第二条一模一样，也是延时，第五条应当是转去执行第一条指令。
第二和第四条实现的原理稍后谈，先看第五条，LJMP是一条指令，意思是转移，往什么地方转移呢？
后面跟的是LOOP，看一下，什么地方还有LOOP，对了，在第一条指令的前面有一个LOOP，所以很直观地，我们可以认识到，它要转到第一条指令处。
这个第一条指令前面的LOOP被称之为标号，它的用途就是给这一行起一个名字，便于使用。
是否一定要给它起名叫LOOP呢？
当然不是，起什么名字，完全由编程序的人决定，可以称它为A，X等等，当然，这时，第五条指令LJMP后面的名字也得跟着改了。
第二条和第四条指令的用途是延时，它是怎样实现的呢？
指令的形式是LCALL，这条指令称为调用子程序指令，看一下指令后面跟的是什么，DELAY，找一下DELAY，在第六条指令的前面，显然，这也是一个标号。
这条指令的作用是这样的：
当执行LCALL指令时，程序就转到LCALL后面的标号所标定的程序处执行，如果在执行指令的过程中遇到RET指令，则程序就返回到LCALL指令的下面的一条指令继续执行，从第六行开始的指令中，可以看到确实有RET指令。
在执行第二条指令后，将转去执行第６条指令，而在执行完６，７，８，９条指令后将遇到第１０条令：
RET，执行该条指令后，程序将回来执行第三条指令，即将P10清零，使灯亮，然后又是第四条指令，执行第四条指令就是转去执行第6，7，8，9，10条指令，然后回来执行第5条指令，第5条指令就是让程序回到第1条开始执行，如此周而复始，灯就在不断地亮、灭了。
在标号DELAY标志的这一行到RET这一行中的所有程序，这是一段延时程序，大概延时零点几秒，至于具体的时间，以后我们再学习如何计算。
程序的最后一行是END，这不是一条指令，它只是告诉我们程序到此结束，它被称为"伪指令"。
二、单片机内部结构分析：
为了知道延时程序是如何工作的，我们必需首先了解延时程序中出现的一些符号，就从R1开始，R1被称之为工作寄存器。
什么是工作寄存器呢？
让我们从现实生活中来找找答案。
如果出一道数学题：
123+567，让你回答结果是多少，你会马上答出是690，再看下面一道题：
123+567+562，要让你要上回答，就不这么容易了吧？
我们会怎样做呢？
如果有张纸，就容易了，我们先算出123+567=690，把690写在纸上，然后再算690+562得到结果是1552。
这其中1552是我们想要的结果，而690并非我们所要的结果，但是为了得到最终结果，我们又不得不先算出690，并记下来，这其实是一个中间结果，计算机中做运算和这个类似，为了要得到最终结果，往往要做很多步的中间结果，这些中间结果要有个地方放才行，把它们放哪呢？
放在前面提到过的ROM中可以吗？
显然不行，因为计算机要将结果写进去，而ROM是不可以写的，所以在单片机中另有一个区域称为RAM区（RAM是随机存取存储器的英文缩写），它可以将数据写进去。
特别地，在MCS-51单片机中，将RAM中分出一块区域，称为工作寄存器区。
单片机第五课：
单片机的内外部结构分析（三）
一、延时程序分析
上一次课中，我们已经知道，程序中的符号R7、R6是代表了一个个的RAM单元，是用来放一些数据的，下面我们再来看一下其它符号的含义。
DELAY：
MOVR7，#250 ；（６）
D1：
MOVR6，#250 ；（７）
D2：
DJNZR6，D2 ；（８）
DJNZR7，D1 ；（９）
RET ；（１０）
MOV：
这是一条指令，意思是传递数据。
说到传递，我们都很清楚，传东西要从一个人的手上传到另一个人的手上，也就是说要有一个接受者，一个传递者和一样东西。
从指令MOVR7，#250中来分析，R7是一个接受者，250是被传递的数，传递者在这条指令中被省略了（注意：
并不是每一条传递指令都会省的，事实上大部份数据传递指令都会有传递者）。
它的意义也很明显：
将数据250送到R7中去，因此执行完这条指令后，R7单元中的值就应当是250。
在250前面有个#号，这又是什么意思呢？
这个#就是用来说明250就是一个被传递的东西本身，而不是传递者。
那么MOVR6，#250是什么意思，应当不用分析了吧。
1.DJNZ：
这是另一条指令，我们来看一下这条指令后面跟着的两个东西，一个是R6，一个是D2，R6我们当然已知是什么了，查一下D2是什么。
D2在本行的前面，我们已学过，这称之为标号。
标号的用途是什么呢？
就是给本行起一个名字。
DJNZ指令的执行过程是这样的，它将其后面的第一个参数中的值减1，然后看一下，这个值是否等于0，如果等于0，就往下执行，如果不等于0，就转移，转到什么地方去呢？
可能大家已猜到了，转到第二个参数所指定的地方去（请大家用自已的话讲一下这条语句是怎样执行的）。
本条指令的最终执行结果就是，在原地转圈250次。
2.执行完了DJNZR6，D2之后（也就是R6的值等于0之后），就会去执行下面一行，也就是DJNZR7，D1，请大家自行分析一下这句话执行的结果。
（转去执行MOVR6，#250，同时R7中的值减1），最终DJNZR6，D2这句话将被执行250*250=62500次，执行这么多次同一条指令干吗？
就是为了延时。
3.一个问题：
如果在R6中放入0，会有什么样的结果。
二、时序分析：
前面我们介绍了延时程序，但这还不完善，因为，我们只知道DJNZR6，D2这句话会被执行62500次，但是执行这么多次需要多长时间呢？
是否满足我们的要求呢？
我们还不知道，所以下面要来解决这个问题。
先提一个问题：
我们学校里什么是最重要的。
（铃声）校长可以出差，老师可以休息，但学校一日无铃声必定大乱。
整个学校就是在铃声的统一指挥下，步调一致，统一协调地工作着。
这个铃是按一定的时间安排来响的，我们可以称之为“时序��时间的顺序”。
一个由人组成的单位尚且要有一定的时序，计算机当然更要有严格的时序。
事实上，计算机更象一个大钟，什么时候分针动，什么时候秒针动，什么时候时针动，都有严格的规定，一点也不能乱。
计算机要完成的事更复杂，所以它的时序也更复杂。
我们已知，计算机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行，我们规定：
计算机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期。
这是一个时间基准，好象我们人用“秒”作为
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