MCS-51單片機學習及其心得

MCS-51單片機學習及其心得

機械電子工程學院09電子（2）班曹小迪201*10330236

201*-201*上學年我們專業(yè)開設了MCS-51單片機的原理及接口技術這么專業(yè)課程，對于電子專業(yè)學生的我們是非常有必要的。單片機是一切自動智能電子產(chǎn)品必須具備的一個不可或缺的控制中樞系統(tǒng)。通俗點講就是電子產(chǎn)品的“大腦”。所以學習單片機對于做電子設計的我們來說有著遠的意義。

MCS51是指由美國INTEL公司（對了，就是大名鼎鼎的INTEL）生產(chǎn)的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機都是在8051的基礎上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機，而8031是前些年在我國最流行的單片機，所以很多場合會看到8031的名稱。

MSC-51的基本組成：

運算器

一、MCS51的CPU由運算器和控制器組成。

運算器以完成二進制的算術/邏輯運算部件ALU為核心，再加上暫存器TMP、累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)標志寄存器PSW及布爾處理器。累加器ACC是一個八位寄存器，它是CPU中工作最頻繁的寄存器。在進行算術、邏輯運算時，累加器ACC往往在運算前暫存一個操作數(shù)（如被加數(shù)），而運算后又保存其結果（如代數(shù)和）。寄存器B主要用于乘法和除法操作。標志寄存器PSW也是一個八位寄存器，用來存放運算結果的一些特征，如有無進位、借位等。其每位的具體含意如下所示：控制器

控制器是CPU的神經(jīng)中樞，它包括定時控制邏輯電路、指令寄存器、譯碼器、地址指針DPTR及程序計數(shù)器PC、堆棧指針SP等。這里程序計數(shù)器PC是由16位寄存器構成的計數(shù)器。要單片機執(zhí)行一個程序，就必須把該程序按順序預先裝入存儲器ROM的某個區(qū)域。單片機動作時應按順序一條條取出指令來加以執(zhí)行。因此，必須有一個電路能找出指令所在的單元地址，該電路就是程序計數(shù)器PC。當單片機開始執(zhí)行程序時，給PC裝入第一條指令所在地址，它每取出一條指令（如為多字節(jié)指令，則每取出一個指令字節(jié)），PC的內容就自動加1，以指向下一條指令的地址，使指令能順序執(zhí)行。只有當程序遇到轉移指令、子程序調用指令，或遇到中斷時，PC才轉到所需要的地方去。8051CPU指定的地址，從ROM相應單元中取出指令字節(jié)放在指令寄存器中寄存，然后，指令寄存器中的指令代碼被譯碼器譯成各種形式的控制信號，這些信號與單片機時鐘振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖在定時與控制電路中相結合，形成按一定時間節(jié)拍變化的電平和時鐘，即所謂控制信息，在CPU內部協(xié)調寄存器之間的數(shù)據(jù)傳輸、運算等操作。存儲器

存儲器是單片機的又一個重要組成部分，每個存儲單元對應一個地址，如256個單元共有256個地址，用兩位16進制數(shù)表示，即存儲器的地址（00H～FFH）。存儲器中每個存儲單元可存放一個八位二進制信息，通常用兩位16進制數(shù)來表示，這就是存儲器的內容。存儲器的存儲單元地址和存儲單元的內容是不同的兩個概念，不能混淆。（1）程序存儲器

程序是控制計算機動作的一系列命令，單片機只認識由“0”和“1”代碼構成的機器指令。

（2）數(shù)據(jù)存儲器

單片機的數(shù)據(jù)存儲器由讀寫存儲器RAM組成。其最大容量可擴展到64k，用于存儲實時輸入的數(shù)據(jù)。8051內部有256個單元的內部數(shù)據(jù)存儲器，其中00H～7FH為內部隨機存儲器RAM，80H～FFH為專用寄存器區(qū)。實際使用時應首先充分利用內部存儲器，從使用角度講，搞清內部數(shù)據(jù)存儲器的結構和地址分配是十分重要的。因為將來在學習指令系統(tǒng)和程序設計時會經(jīng)常用到它們。8051內部數(shù)據(jù)存儲器地址由00H至FFH共有256個字節(jié)的地址空間，該空間被分為兩部分，其中內部數(shù)據(jù)RAM的地址為00H～7FH（即0～127）。而用做特殊功能寄存器的地址為80H～FFH。（3）特殊功能寄存器

特殊功能寄存器（SFR）的地址范圍為80H～FFH。在MCS－51中，除程序計數(shù)器PC和四個工作寄存器區(qū)外，其余21個特殊功能寄存器都在這SFR塊中。其中5個是雙字節(jié)寄存器，它們共占用了26個字節(jié)。特殊功能寄存器反映了8051的狀態(tài)，實際上是8051的狀態(tài)字及控制字寄存器。

在學習單片機的基本原理組成的時，充分用到了之前學習的專業(yè)基礎課包括：電路基礎、模擬電子技術、數(shù)字電路基礎等課程，從而使我們再一次的對上述課程的鞏固學習，從新的對知識梳理了一遍更加深刻了對知識的印象，了解到了知識串接的重要性。單片機的指令系統(tǒng)

MSC-51單片機有包括：數(shù)據(jù)傳送指令、算數(shù)運算指令、邏輯運算指令、控制轉移指令、位操作指令111條，有立即尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、相對尋址、變址尋址、位尋址7種尋址方式。在學習單片機的指令系統(tǒng)時候我們學習了一種跟機器打交道的比較實用的匯編語言，在這個學習過程是非常有趣的，你可要通過自己編寫程序區(qū)控制單片機。通過設計可以用單片機制造一些電子產(chǎn)品輸入自己設計的程序是它完成我們所需要的功能。

MCS-單片機作為最早的單片機其結構簡單，容易較好的讓我們初學者入門，而一切所以的后來的單片機的原理都是由MCS-拓展的，所以我們學習MSC-51為我們單片機打下堅實的基礎。

擴展閱讀：MCS51單片機入門學習心得

MSC51單片機入門學習心得

1、Keil&C51基本知識和技巧：

（1）調試時間之前記得調整晶振頻率

（2）程序改過之后要點擊“rebuildalltargetfile”才能更新hex文件（3）新建text文件后要保存為“文件名.c”，然后放進工程（4）引用各串口時記得用大寫（如“P0”）

（5）用STC-ISP燒程序時，當hex文件進行了更新，需要重新“打開程序文件”（6）用sbit可以給單片機上某個指定I/O口進行定義，如“sbitD1=P0^0”（7）對程序進行調試之前需要進行保存和編譯

（8）宏定義#define的格式：#define字符串字符串代表的內容（不需要加分號）（9）如要調用子函數(shù)，需在主函數(shù)之前進行聲明，（聲明格式：“函數(shù)類型函數(shù)名（形

參類型）;”，如“voiddelay(unsignedint);”。記得其后要加分號）

（10）主函數(shù)里面記得先添加一個大循環(huán)while(1){}（11）每當需要放{}的時候記得要成對地放

（12）延時函數(shù)一般用嵌套的for()語句來設計，無限循環(huán)則一般用while()來實現(xiàn)（13）求反碼的技巧：以用8位二進制表示的數(shù)00000001為例，求反碼只需用1111

1111減去00000001，用十六進制表示即為0xff0x01,相減的結果即為00000001(0x01)的反碼

（14）向左循環(huán)移位函數(shù)“_crol_(變量名，移位的位數(shù))”能夠實現(xiàn)二進制數(shù)的循環(huán)左

移，使用該函數(shù)須添加頭文件“”

（15）向右循環(huán)移位函數(shù)“_cror_(變量名，移位的位數(shù))”能夠實現(xiàn)二進制數(shù)的循環(huán)右

移，使用該函數(shù)須添加頭文件“”

（16）char型變量一個字節(jié)（8位二進制），int型變量2個字節(jié)（16位二進制），longint

型4個字節(jié)（32位二進制）

（17）用C51編程的時候出現(xiàn)“warning”的主要原因：定義出來的變量或者函數(shù)在程

序執(zhí)行過程中無法用到，一般出現(xiàn)了warning也要重新修正程序

（18）用keil編程時，不能在變量聲明語句之前加其它語句（C51看作是嚴格的C語

言）

（19）return語句的作用是退出函數(shù)和返回函數(shù)值，一個函數(shù)內部允許有多個return

函數(shù)。如果函數(shù)有返回值，則函數(shù)的類型不能為Void型

（20）在函數(shù)A中被調用的函數(shù)B中的break不能對函數(shù)A產(chǎn)生作用（21）特殊延時函數(shù)：voiddelay(){;;}，延時時間大約為5us（22）在keil環(huán)境下，需要按兩下backspace才能刪掉一個中文字

2、單片機硬件知識：

（1）單片機復位管腳RST：復位信號輸入端，高電平有效，當輸入不少于2個機器

周期的高電平時，單片機復位，內部的程序指針指向0；單片機正常工作時RST加0.5V的低電平電壓；RST管腳同時還是單片機的備用電源接入端VPD，當Vdd過低時，單片機接上連接在VPD端的備用電源，用來保證單片機RAM內的數(shù)據(jù)不丟失

（2）單片機只在上電之后檢測計算機是否有傳來下載指令，如果有則上電后先從計算機上下載hex文件，然后再運行；單片機上電后則無法對其發(fā)送下載指令（單片機只能在上電之后運行之前進行下載）

（3）關于P3總線：P3總線的每一個管腳除了能作為I/O接口，還有另外一個功能。

8個管腳默認為I/O接口，要改變管腳的功能需要對內部寄存器進行設置

P3總線的第二功能介紹：

P3.0串行輸入口RXDP3.1串行輸出口TXDP3.2外部中斷0INT0P3.3外部中斷1INT1

P3.4定時器0/外部計數(shù)輸入T0&P3.5定時器1/外部計數(shù)輸入T1：能夠對管腳輸入的方波數(shù)（高低電平轉換次數(shù)）進行計數(shù)

（4）30管腳ALE/PROG：單片機正常工作時向外輸出周期為六分之一個時鐘周期

的方波，用于檢測單片機是否正常工作

（5）31管腳EA/Vpp：低電平時單片機只訪問外部存儲器，高電平時當單片機內部

存儲器不夠用就訪問外部存儲器

3、數(shù)碼管的顯示：

（1）數(shù)碼管的動態(tài)顯示：利用了人類的視覺停留效應，即一個人正在看某個物體，

如果這個物體消失了，但能夠在1mS（0.001S）內重新出現(xiàn)，則人眼會覺得物體沒有消失過。則在設計數(shù)碼管動態(tài)顯示時，只要保證每位數(shù)碼管都能在消失后0.01s內重新出現(xiàn)。（每位數(shù)碼管的發(fā)光時間應該盡量長，保證有足夠的發(fā)光亮度）

（2）在數(shù)碼管的動態(tài)顯示中，先改變段選再改變位選能夠有效提高各段數(shù)碼管的清

晰度

3、定時器：

工作模式寄存器TMOD

控制寄存器TCON

（1）

定時器/計數(shù)器計數(shù)一次的時間約為0.0000011S（2）定時器的工作特征：每12個時鐘周期計數(shù)一次；計數(shù)完成后執(zhí)行一次定時器

中斷，定時器中斷其執(zhí)行的一般是對計時器的重新賦值；

（3）打開定時/計數(shù)器中斷的語句是“ET0/ET1=1；”，打開總中斷的語句是“EA=1；”（4）定時器無法啟動的原因：

1、沒有打開總中斷（EA沒有置1）2、沒有打開定時器中斷（IE沒有置1）

3、沒有設定定時器的工作方式（以上原因屬于定時器初始化失�。�；4、沒有給計數(shù)變量count賦初值；5、沒有打開定時器（TR沒有置1）

（5）需要定時器/計數(shù)器計數(shù)N次，則給定時器/計數(shù)器賦的初值應該是65536-N（6）使用定時器定時比較麻煩，而且定時器的數(shù)量有限，通常在需要精確定時的情

況下才用

（7）定時器中不能處理進行太多的數(shù)據(jù)處理，否則會影響定時的準確性（8）工作模式寄存器（TMOD）：

1、GATE：當GATE=0時，TR置1即可啟動定時器；當GATE=1時，則需要在外部引腳信號INT=1的條件下把TR置1才能啟動定時器2、C/T：定時器/計數(shù)器選擇位，C/T=1時為計數(shù)方式，C/T=0時為定時方式

3、M0M1：工作方式選擇位，一般選擇M1=0，M0=1，此時定時器工作在16位定時器方式

（9）控制寄存器（TCON）：

1、TR：定時器運行控制位，當GATE=0時，TR=1啟動定時器，TR=0關閉定時器

2、TF：定時器溢出標志位（與外部中斷有關）3、IE：外部中斷請求標志位

5、中斷：

（1）中斷的兩種觸發(fā)方式1、電平觸發(fā)，中斷發(fā)生在低電平，除非重新回到高

電平，否則單片機無法返回中斷；2、CP脈沖上升/下降沿觸發(fā)，中斷在CP脈沖的上升/下降沿觸發(fā)，中斷響應完之后程序自動返回中斷繼續(xù)執(zhí)行主程序

（2）外部中斷的使用方法（以外部中斷0為例）：首先必須打開CPU中斷和外部中

斷，具體在主程序中寫入“EA=1;EX0=1;”；然后編寫中斷后要執(zhí)行的程序，格式為“void函數(shù)名（）interrupt0”；設置外部中斷觸發(fā)方式，“IT0=1;”代表脈沖邊沿觸發(fā)，“IT0=0”代表電平觸發(fā)；IT0，EX0，EA的默認值都為0

（3）8051支持的5個中斷源分別為外部中斷0、定時器0溢出中斷、外部中斷1、

定時器1溢出中斷和串口中斷。對應的中斷號為0、1、2、3、4；

（4）中斷函數(shù)不需要在主函數(shù)之前聲明6、獨立鍵盤：

（1）使用獨立鍵盤的技巧：如果需要系統(tǒng)按一下按鍵執(zhí)行一次指令，則應設定為按

下按鍵后進入死循環(huán)，松開按鍵后才執(zhí)行指令，則按鍵按下的時間不會影響到執(zhí)行指令的次數(shù)，避免了系統(tǒng)的錯誤工作；同樣是針對按一下按鍵執(zhí)行一次指令的系統(tǒng)，按下按鍵后和松開按鍵后設定約10毫秒的延時能夠消除由于振蕩而造成的錯誤執(zhí)行

（2）消抖一般是延時10ms，是否要進行消抖需要結合具體情況進行分析7、IIC總線：（1）

I^2C總線由兩條線組成：SCL（時間線）和SDA（數(shù)據(jù)線），當SCL為低電平時，SDA的高低電平才能發(fā)生變化，SCL為高電平時SDA上的數(shù)據(jù)被讀取，此時SDA上的數(shù)據(jù)應該保持穩(wěn)定

（2）

（3）（4）（5）（6）（7）（8）

（起始信號與終止信號）

在起始信號后必須傳送一個從機的地址(7位)，第8位是數(shù)據(jù)的傳送方向位（發(fā)送T/接收R），0代表主機發(fā)送數(shù)據(jù)，1代表主機接收數(shù)據(jù)

當接收器要處理內部中斷，無法繼續(xù)接收數(shù)據(jù)時，可以先把SCL拉低使發(fā)送器暫停工作，等到可以繼續(xù)接收數(shù)據(jù)時再釋放SCL

用IIC總線傳送數(shù)據(jù)時，stop信號和start信號之間應該有一定的時間間隔。時間間隔太短機器有可能反應不過來

IIC總線進行數(shù)據(jù)傳送時，時鐘信號為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定

養(yǎng)成良好習慣，數(shù)據(jù)總線不用的時候要將其釋放

IIC總線空閑時，SCL和SDA兩根線均為高電平；各器件與SCL、SDA的關系都是線“與”的關系

IIC主機進行讀操作時，步驟是：起始信號從機地址+0（主機發(fā)送數(shù)據(jù)）應答從機內部存儲單元地址應答再次發(fā)送起始信號從機地址+1（主機讀取數(shù)據(jù)）應答讀取指定存儲單元中的數(shù)據(jù)非應答終止信號(使用IIC總線的關鍵是嚴格按照操作步驟進行操作！)IIC主機發(fā)出終止信號之后要隔一段時間才能重新發(fā)送起始信號傳送數(shù)據(jù)時從數(shù)據(jù)的最高位開始傳送

數(shù)據(jù)傳送進行到應答位時，要保證應答位時鐘脈沖出現(xiàn)后和消失前SDA保持穩(wěn)定低電平

當主機接收數(shù)據(jù)時，它收到最后一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，必須向從機發(fā)出一個結束傳送的信號。這個信號是由對從機的“非應答”來實現(xiàn)的。然后，從機釋放SDA線，以允許主機產(chǎn)生終止信號。

無論是讀數(shù)據(jù)還是寫數(shù)據(jù)，讀/寫完一個字節(jié)之后必須添加應答信號

（9）（10）（11）（12）

（13）

8、繼電器：

繼電器的作用是利用小電流控制大電流，相當于一個電控開關。常用的繼電器有五個引腳，其中兩個通電后繼電器進入“常閉”狀態(tài)。不通電時繼電器處于“常開”狀態(tài)。

9、時鐘芯片DS1302：

用BCD碼來存儲數(shù)據(jù)，BCD碼的高4位對應一個十進制數(shù)的十位，低4位對應十進制數(shù)的個位

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