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单片机分类 ​

分类 ​

  1. 单片机由 内核、内存、IO 接口 组成。
  2. 单片机可根据 内核、位数、品牌 进行分类。
  3. 主流位数：8位、16位、32位
  4. 内核
    • Intel —— 51 内核
    • Ateml —— AVR 内核
    • ARM —— ARM 内核
  5. 开发方式分类：库开发、底层开发
  6. 什么是微型计算机：以微处理器为核心的计算机称为微型计算机。

工作条件 ​

  1. 单片机工作条件
    • 供电（4.5V ～ 5.5V 直流电）
    • 时钟（晶振）
    • 复位：手动复位、上电复位
    • 程序
  2. 计算机工作条件：供电、时钟、复位、reday

电路图 ​

  1. 电路原理图
    • 电源
    • 负载：耗电的元件（元件三要素：标识、符号、参数）
    • 控制：单片机、开关
  2. PCB 图

电流与电路 ​

  1. 串联：电流相等，电压不同。
  2. 并联：电压相等，电流不同。
  3. 串联分压，并联分流。
  4. 交流变直流的过程称为：整流
  5. 直流遍交流的过程称为：逆变
  6. 欧姆定律及演变公式

51单片机内部结构 ​

组成部分 ​

  1. 中央处理单元：51 内核、CPU
  2. 内存：见下文
  3. IO口：见下文
  4. 中断控制器：5 种中断源（见下文）
  5. 定时/计数器：2 个 16 位的定时/计数器（见下文）
  6. 振荡器：内部振荡器（时钟 IC） + 外部时钟电路（晶振、电容）
  7. 总线控制器（略）

内存 ​

  1. ROM：只读存储器，用于存储程序，断电数据不丢失。
  2. RAM：随机存储器，用于存储数据，断电数据清空。
  3. 标准 51 单片机 ROM（4KB）RAM（128B）
  4. 60S2 的 ROM（60KB）RAM（1280B）
  5. 存储器结构：哈佛结构、冯诺依曼结构
  6. 51单片机所有存储器均是 8位 的。

IO口 ​

  1. 并行口：P0、P1、P2、P3
  2. 串行口：RxD、TxD

可编程芯片的开发框架 ​

  1. 内部编程结构
  2. 外部引脚定义
  3. 系统组成
  4. 编程方法

外部引脚 ​

  1. 灌电流：从外部流入单片机。

  2. 拉电流：从单片机流入外设。

  3. 每个 IO 引脚最大可接受灌电流为 20mA。

  4. 整个单片机最大可接受灌电流为 120mA。

  5. 单片机直驱：仅有单片机提供电流，不需要其他的驱动电路。

  6. 驱动电路：有些外设 > 120mA，可以使用驱动电路辅助单片机供电。

  7. 一个引脚实现多个功能：引脚复用

最小系统电路 ​

  1. 供电电路
  2. 时钟电路
  3. 复位电路
  4. 最小系统电路的作用：为单片机提供基本工作条件的电路
  5. 如何判断单片机正常工作了？单片机执行了内部程序

工作模式 ​

模式 ​

  1. 标准双向口
  2. 强推挽输出（强推）：提高了单片机的 IO 扣的拉电流
  3. 开漏模式（略）
  4. 高阻模式（略）

模式参数（第一个值：M1，第二个值：M0） ​

  1. 00：标准双向口，灌电流

  2. 01：强推模式，拉电流

  3. 10：开漏模式

  4. 11：高阻模式

  5. 例：给 P1.0 设置成强推模式

    c
    P1M1 = 0x00;	// 0b 0000 0000
P1M0 = 0x01;	// 0b 0000 0001

LED ​

外形 ​

长正短负，箭头方向即为电流方向。

欧姆定律 ​

  1. R = U/I
  2. I = U/R
  3. U = IR

逻辑运算 ​

  1. 指定位清零，其他位不变：与运算，指定位和 0 相与，其他位和 1 相与。
  2. 指定位置 1，其他位不变：或运算，指定位和 1 相或，其他位和 0 相或。
  3. 指定位取反，其他位不变：异或，指定位和 1 异或，其他位和 0 异或。

按键 ​

动态扫描步骤 ​

c
unsigned char key_scan() {
  	unsigned char key_num = 0;
    if (!K1 || !K2) {
      	delay(10);
				if (!K1) key_num = 1;
      	if (!K2) key_num = 2;
      	while(!K1 || !K2);
      	delay(10);
    }
  	return key_num;
}

时间碎片 ​

c
// 拆碎前
void test1() {
		int i = 100;
  	while(i) {
      printf("%d",i);
      i--;
    }
}

// 拆碎后
void test2() {
		static int i = 100;
  	printf("%d",i);
  	i--;
  	i %= 100;
}

void mian() {
  	while(1) {
      	test2();
      	printf("Hello");
    }
}

数码管与点阵屏 ​

极 ​

  1. 共阴：公共的负极
  2. 共阳：公共的正极

动态扫描 ​

  1. 选位｜选列
  2. 送段｜送行
  3. 延时｜延时
  4. 灭段｜灭行

选位送段 ​

  1. 数码管：高选位，低送段
  2. 点阵屏：高选列，低送行

sizeof ​

  1. 计算数组所占内存的大小。

  2. 计算数组元素个数：n = sizeof(arr) / sizeof(type for arr)

    c
    int arr[] = {1,2,3,4,5};
int n = sizeof(arr) / sizeof(int);

蜂鸣器 ​

  1. 发声原理：不断切换高低电平。

  2. 有源/无源：是否有震荡源。

  3. 给定频率输出声音：

    • 给定频率求周期：5Hz，200ms
    • 给定周期求频率：20ms，50Hz
    • GMK：1GHz = 1000MHz，1MHz = 1000KHz，1KHz = 1000Hz
    • smu：1s = 1000ms，1ms = 1000 us（1m = 1kms = 1mus）

  4. 人耳可听见的声音频率范围：5 Hz ～ 20 KHz（200ms ～ 50us）

  5. 例题：用蜂鸣器发出一个 440Hz 的声音，写出 TH0 和 TL0 的值。

    c
    TH0 = (65536 - 1000000 / 440 / 2) / 256;
TL0 = (65536 - 500000 / 440) % 256;

中断 ​

定义 ​

  1. 中断定义：打断 CPU 当前工作的一个事件。事件的集合称为中断源。
  2. 5 个中断源
    • 外部中断类
      • 外部中断 0
      • 外部中断 1
    • 定时计数器类
      • 定时计数器 0 中断
      • 定时计数器 1 中断
    • 串行类：串行中断
  3. 数字信号
    • 高电平
    • 低电平
    • 上升沿
    • 下降沿
  4. 51 单片机里只支持低电平、下降沿的外部中断。

外部中断 ​

  1. 步骤

    • 开中断
    • 设置中断请求模式
    • 中断处理子函数

  2. 开外部中断

    • IE 寄存器：可以位寻址

    • 表

      | 位 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | | 名称 | EA | | | ES | ET1 | EX1 | ET0 | EX0 |

    • 0-关，1-开

  3. 设置外部中断请求类型

    • TCON：可以位寻址

    • 表

      | 位 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | | 名称 | | | | | IE1 | IT1 | IE0 | IT0 |

    • IT0/IT1：设置请求信号类型。0-低电平 1-下降沿。

    • IE0/IE1：使能信号。

  4. 中断处理子函数

    • 特点
      • 无带入值、无返回值。
      • 中断处理子函数不可被其他函数调用，由 CPU 自动调用。
      • 无需声明，直接使用。
      • 必须要有中断向量号。
    • 中断向量号
      • 中断向量和中断向量号不是同一个东西，中断向量是地址，中断向量号是地址别名。
      • 中断向量用于标识中断源类型。
      • 关键字：interrupt
      • 中断向量号
        • 0 - 外部中断 0
        • 1 - 定时计数器 0 中断
        • 2 - 外部中断 1
        • 3 - 定时计数器 1 中断
        • 4 - 串行口

  5. 例题：设计一个是用外部中断 0 下降沿触发的程序。

    c
    #include <STC12C5A60S2.H>
bit flag = 0;

void init() {
  	EA = EX1 = IT0 = 1;
}

void main() {
  	init();
		while(1) {
      	if (flag) {
          	flag = 0;
          	// 1000 行代码
        }
    }
}

void inter() interrupt 0 {
  	EX0 = 0;
  	flag = 1;
  	EX0 = 1;
}

定时计数器 ​

知识点 ​

  1. 51 单片机里有两个 16 位的定时计数器。
  2. 16 位定时计数器最大计算能力：65536（0～65535）
  3. 分类
    • 加法计数器（51）：计数初值 = 最大计数值 - 计数值。
    • 减法计数器：计数初值 = 计数值
  4. 工作模式
    • 定时模式
    • 计数模式
  5. 工作方式：方式0 ～ 方式3（方式1最常用）
    • 方式 0：13 位。
    • 方式 1：16 位。
    • 方式 2：8 位，有 8 位自动装载。
    • 方式 3（略）

步骤 ​

  1. 模式方式设置

    • TMOD 寄存器：不可进行位寻址

    • 表

      | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | | ---- | ----- | ---- | ---- | ---- | ----- | ---- | ---- | | GATE | C/～T | M1 | M0 | GATE | C/～T | M1 | M0 |

    • GATE：门控信。0-软件开启，1-硬件开启。

    • C/~T：工作模式。0-定时模式，1-计数模式。

    • M1M0：工作方式

      • 00-方式0
      • 01-方式1（常用）
      • 10-方式2
      • 11-方式3

  2. 写入计数初值

    • 寄存器：TH0、TH1、TL0、TL1

    • 表

      | T1高 8 位 | T1低 8 位 | T0高 8 位 | T0低 8 位 | | --------- | --------- | --------- | --------- | | TH1 | TL1 | TH0 | TL0 |

    • 计算高 8 位：计数初值 / 256

    • 计算低 8 位：计数初值 % 256

  3. 开启定时计数器

    • 寄存器：TCON

    • 表

      | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | | TF1 | TR1 | TF0 | TR0 | IE1 | IT1 | IE0 | IT0 |

    • TF1/TF0：溢出标志位

    • TR1/TR0：定时计数器开关 0-关 1-开

  4. 查询法：设置一个计数器 T0，计数 3 次为一个周期，每个周期切换一次 LED（P1.0） 的亮灭状态。

    c
    #include <STC12C5A60S2.H>
sbit LED = P1 ^ 0;

void init() {
		LED = 1;
  	TMOD = 0x05;
  	TH0 = (65536 - 3) / 256;
  	TL0 = (65536 - 3) % 256;
  	TR0 = 1;
}

void main() {
		init();
  	while(1) {
      	if (TF0) {
          	TR0 = TF0 = 0;
          	TH0 = (65536 - 3) / 256;
  					TL0 = (65536 - 3) % 256;
          	LED = ~LED;
          	TR0 = 1;
        }
    }
}

  5. 定时计数器中断

    • 开中断：IE

    • 中断处理子函数

    • 程序1：设置一个定时器 T0，每隔 3 秒切换一次 LED（P1.0） 的亮灭状态。

      c
      #include <STC12C5A60S2.H>
sbit LED = P1 ^ 0;

void init() {
		LED = 1;
  	TMOD = 0x01;
  	TH0 = (65536 - 50000) / 256;
  	TL0 = (65536 - 50000) % 256;
  	EA = ET0 = TR0 = 1;
}

void main() {
		init();
  	while(1);
}

// 马
void timer() interrupt 1 {
  	static unsigned char c = 0;
  	c = ++c % 60;
  	if (!c) LED = ~LED;
  	else {
      	TR0 = 0;
      	TH0 = (65536 - 50000) / 256;
      	TL0 = (65536 - 50000) % 256;
      	TR0 = 1;
    }
}

// 刘
void timer() interrupt 1 {
  	static unsigned char c = 0;
  	TR0 = 0;
    TH0 = (65536 - 50000) / 256;
    TL0 = (65536 - 50000) % 256;
  	if (++c == 60) {
      	c = 0;
      	LED = ~LED;
    }
    TR0 = 1;
}

    • 程序2：设置一个定时器 T0，每隔 2 秒切换一次 LED_BLUE（P1.0） 的亮灭状态。每隔 3 秒切换一次 LED_RED（P1.1） 的亮灭状态。

      c
      #include <STC12C5A60S2.H>
sbit LED_BLUE = P1 ^ 0;
sbit LED_RED = P1 ^ 1;
bit F2 = F3 = 0;

void init() {
		LED_BLUE = LED_RED = 1;
  	TMOD = 0x01;
  	TH0 = (65536 - 50000) / 256;
  	TL0 = (65536 - 50000) % 256;
  	EA = ET0 = TR0 = 1;
}

void main() {
		init();
  	while(1);
}

void timer() interrupt 1 {
  	static unsigned char c = 0;
  	c = ++c % 120;
  	if (!(c % 40)) LED_BLUE = ~LED_BLUE;
  	else if (!(c % 60)) LED_RED = ~LED_RED;
  	else {
      	TR0 = 0;
        TH0 = (65536 - 50000) / 256;
        TL0 = (65536 - 50000) % 256;
        TR0 = 1;
    }
}

void timer() interrupt 1 {
  	static unsigned char c = 0,k = 0;
  	TR0 = 0;
    TH0 = (65536 - 50000) / 256;
    TL0 = (65536 - 50000) % 256;
  	if (++k == 40) {
      	k = 0;
      	LED_BLUE = ~LED_BLUE;
    }
  	if (++c == 60) {
      	c = 0;
      	LED_RED = ~LED_RED;
    }
    TR0 = 1;
}

频率与周期 ​

考点 ​

  1. 给定频率求周期：5Hz，200ms
  2. 给定周期求频率：20ms，50Hz

时钟周期 ​

  1. 时钟电路中晶振的周期即为时钟周期。
  2. 晶振频率 12MHz，时钟周期是：1s/12MHz = 1ms/12KHz = 1us/12Hz = 1/12us

机器周期 ​

  1. 一个机器周期 = 12个时钟周期
  2. 晶振频率 12MHz，机器周期是：1us

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