本章的標(biāo)題是點(diǎn)亮LED，雖然任務(wù)很簡(jiǎn)單，但是需要了解的單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)卻很多，特別是對(duì)于初學(xué)者，剛開(kāi)始要在頭腦中建立一個(gè)單片機(jī)的概念，然后通過(guò)點(diǎn)亮一個(gè)LED小燈來(lái)增加初學(xué)者對(duì)單片機(jī)的興趣和自信。
1.1單片機(jī)的內(nèi)部資源
在這里所講到的單片機(jī)內(nèi)部資源，和傳統(tǒng)單片機(jī)書籍中講單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，這里講到的內(nèi)部資源，是指作為單片機(jī)用戶，單片機(jī)提供給用戶可使用的東西?？偨Y(jié)起來(lái)，主要是三大資源：
（1）Flash——程序存儲(chǔ)空間，早期單片機(jī)是OTPROM。
（2）RAM——數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。
（3）SFR——特殊功能寄存器。
早期的單片機(jī)中，主要是用OTPROM（One Time Programmable Read-Only Memory，即一次可編程只讀存儲(chǔ)器）來(lái)存儲(chǔ)單片機(jī)的程序，程序只能寫入一次，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)了，沒(méi)辦法，只能換一片重新寫入。隨著技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)lash以其可重復(fù)擦寫且容量大、成本低的優(yōu)點(diǎn)成為現(xiàn)在絕大多數(shù)單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器。對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)Flash最大的意義是斷電后數(shù)據(jù)不丟失，這個(gè)概念類似于計(jì)算機(jī)的硬盤，保存了電影、文檔、音樂(lè)等文件，把電源關(guān)掉后，下次重新開(kāi)計(jì)算機(jī)，所有的文件都還照樣存在。
RAM是單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，用來(lái)存儲(chǔ)程序運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的和需要的數(shù)據(jù)，跟計(jì)算機(jī)的內(nèi)存是相似的概念，其實(shí)最典型的比喻是計(jì)算器。用計(jì)算器計(jì)算加減法，一些中間的數(shù)據(jù)都會(huì)保存在RAM里邊，斷電后數(shù)據(jù)丟失，所以每次打開(kāi)計(jì)算器都是從歸零開(kāi)始計(jì)算。但是它的優(yōu)點(diǎn)是讀寫速度非?？?，理論上是可無(wú)限次寫入的，即壽命無(wú)限，不管程序怎么運(yùn)行怎么讀寫，它都不會(huì)壞。
第三個(gè)資源是SFR，特殊功能寄存器。這個(gè)概念可能剛開(kāi)始理解不了，但需要記住。單片機(jī)有很多很多特殊功能，每個(gè)功能都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)SFR，用戶就是通過(guò)對(duì)SFR的讀寫來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的多種多樣的功能的。
講到這里，首先來(lái)了解一下51單片機(jī)。通常一說(shuō)到51單片機(jī)，指的都是兼容Intel MCS-51體系架構(gòu)的一系列單片機(jī)，而51是它的一個(gè)通俗的簡(jiǎn)稱。全球有眾多的半導(dǎo)體廠商推出了無(wú)數(shù)款這一系列的單片機(jī)，比如Atmel的AT89C52，NXP(Philips)的P89V51，宏晶科技的STC89C52……具體型號(hào)千差萬(wàn)別，但它們的基本原理和操作都是一樣的，程序開(kāi)發(fā)環(huán)境也是一樣的。這里要分清楚51這個(gè)統(tǒng)稱和具體的單片機(jī)型號(hào)之間的關(guān)系。
單片機(jī)內(nèi)部資源的三個(gè)主要部分清楚了，那么就選擇STC89C52RC這款單片機(jī)來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。STC89C52RC是宏晶科技出品的一款51內(nèi)核的單片機(jī)，具有標(biāo)準(zhǔn)的51體系結(jié)構(gòu)，全部的51標(biāo)準(zhǔn)功能，程序下載方式簡(jiǎn)單，方便學(xué)習(xí)。它的資源情況：Flash程序空間是8K字節(jié)(1K=1024，1字節(jié)= 8位)，RAM數(shù)據(jù)空間是512字節(jié)，SFR后邊會(huì)逐一提到并且應(yīng)用。
1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)
什么是單片機(jī)最小系統(tǒng)呢？單片機(jī)最小系統(tǒng)是指用最少的原件組成單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。單片機(jī)最小系統(tǒng)的三要素就是電源、晶振、復(fù)位電路，如圖2-1所示。

圖2-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路
這張最小系統(tǒng)的電路圖節(jié)選自Kingst51開(kāi)發(fā)板原理圖，下面就照這張電路圖來(lái)具體分析最小系統(tǒng)的三要素。
1.2.1電源
這個(gè)很好理解，電子設(shè)備都需要供電。目前主流單片機(jī)的電源分為5V和3.3V這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然現(xiàn)在還有對(duì)電壓要求更低的單片機(jī)系統(tǒng)，一般多用在一些特定場(chǎng)合，在學(xué)習(xí)中不做過(guò)多的關(guān)注。
STC89C52需要5V的供電系統(tǒng)，Kingst51開(kāi)發(fā)板是使用USB口輸出的5V直流電直接供電的。從圖2-1可以看到，供電電路在38腳和16腳的位置上，38腳接的是+5V，通常也稱為VCC或VDD，代表的是電源正極，16腳接的是GND，也可稱為VSS，代表的是電源的負(fù)極。+5V和GND之間還有個(gè)電容，作用下節(jié)課介紹。
此處普及一個(gè)看電路原理圖的知識(shí)。電路原理圖是為了表達(dá)這個(gè)電路的工作原理而存在的，很多器件在繪制的時(shí)候更多考慮的是方便原理分析，而不是表達(dá)各個(gè)器件實(shí)際位置。比如原理圖中的單片機(jī)引腳圖，引腳的位置是可以隨意放的，但是每個(gè)引腳上有一個(gè)數(shù)字標(biāo)號(hào)，這個(gè)數(shù)字標(biāo)號(hào)代表的才是單片機(jī)真正的引腳位置。
單片機(jī)通常有不同的封裝形式，所謂的不同封裝可以理解為，同樣是加了水的面，但是捏成不同的形狀的饅頭，只是表現(xiàn)形式不同，實(shí)現(xiàn)的功能完全一致。在2014年《手把手教你學(xué)51單片機(jī)--C語(yǔ)言版》（第1版）時(shí)所設(shè)計(jì)的Kingst51開(kāi)發(fā)板采用了DIP40封裝，是一種雙列直插式的封裝形式。目前編寫第3版的時(shí)候，決定采用QFP-44的封裝形式，是一種方形扁平式，如圖2-2所示。
除部分單片機(jī)開(kāi)發(fā)板還采用DIP40封裝外，當(dāng)前現(xiàn)實(shí)中的產(chǎn)品幾乎見(jiàn)不到這種封裝的身影了。一方面QFP封裝體積更小，密度更高，集成度更高，占據(jù)空間更少；另外一方面產(chǎn)品設(shè)計(jì)要考慮成本，QFP封裝采用SMT表面貼技術(shù)焊接，而DIP封裝采用波峰焊或者手工焊接，后者單個(gè)引腳的焊接費(fèi)用接近前者的10倍。這樣一片DIP40封裝的單片機(jī)的焊接費(fèi)可能都會(huì)超過(guò)一片單片機(jī)的價(jià)格，因此在實(shí)際產(chǎn)品開(kāi)發(fā)當(dāng)中除特殊需求外（比如散熱性能考慮），很少采用DIP封裝形式的芯片了。無(wú)限接近實(shí)際項(xiàng)目，從單片機(jī)封裝選擇開(kāi)始。
圖2-2可以看出，DIP封裝的1腳在其最左上角，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)引腳號(hào)依次增加，一直到右上角是最大引腳號(hào)40腳。QFP封裝中，有一個(gè)小圓圈的位置為1腳，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)引腳號(hào)依次增加，一直旋轉(zhuǎn)一圈到最大引腳號(hào)44腳。圖2-2的封裝圖就是單片機(jī)實(shí)際引腳的位置。

圖2-2 單片機(jī)封裝圖
1.2.2晶振
晶振，又叫晶體振蕩器，從這個(gè)名字就可以看出來(lái)，它注定一生都要不停振蕩的。它起到的作用是為單片機(jī)系統(tǒng)提供基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，類似于部隊(duì)訓(xùn)練時(shí)喊口令的人，單片機(jī)內(nèi)部所有的工作都是以這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)為步調(diào)基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行工作的。STC89C52RC單片機(jī)的14腳和15腳是晶振引腳，接了一個(gè)11.0592M的晶振（它每秒鐘振蕩11059200次），外加兩個(gè)20pF的電容，電容的作用是幫助晶振起振，并維持振蕩信號(hào)的穩(wěn)定。
1.2.3復(fù)位電路
在圖2-1左側(cè)是一個(gè)復(fù)位電路，接到了單片機(jī)的4腳RST(Reset)復(fù)位引腳上，這個(gè)復(fù)位電路如何起作用后邊再講，現(xiàn)在著重講一下復(fù)位對(duì)單片機(jī)的作用。單片機(jī)復(fù)位一般分為三種情況：上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位、程序自動(dòng)復(fù)位。
假如單片機(jī)程序有100行，當(dāng)某一次運(yùn)行到第50行的時(shí)候，突然停電了，這個(gè)時(shí)候單片機(jī)內(nèi)部有的區(qū)域數(shù)據(jù)會(huì)丟失，有的區(qū)域數(shù)據(jù)可能還沒(méi)丟失。那么下次打開(kāi)設(shè)備的時(shí)候，用戶希望單片機(jī)能正常運(yùn)行，所以上電后，單片機(jī)要進(jìn)行一個(gè)內(nèi)部的初始化過(guò)程，這個(gè)過(guò)程就可以理解為上電復(fù)位，上電復(fù)位保證單片機(jī)每次都從一個(gè)固定的相同的狀態(tài)開(kāi)始工作。這個(gè)過(guò)程跟打開(kāi)計(jì)算機(jī)電源開(kāi)機(jī)的過(guò)程是一致的。
當(dāng)單片機(jī)的程序運(yùn)行時(shí)，如果遭受到意外干擾而導(dǎo)致程序死機(jī)，或者程序跑飛的時(shí)候，就可以按下一個(gè)復(fù)位按鍵，讓程序重新初始化重新運(yùn)行，這個(gè)過(guò)程就叫做手動(dòng)復(fù)位，最典型的就是計(jì)算機(jī)的重啟按鈕（目前大多數(shù)電腦都沒(méi)有重啟按鈕了，而是通過(guò)長(zhǎng)按開(kāi)機(jī)鍵關(guān)閉電源的方式）。
當(dāng)程序死機(jī)或者跑飛的時(shí)候，單片機(jī)往往有一套自動(dòng)復(fù)位機(jī)制，比如看門狗，具體應(yīng)用以后再了解。在這種情況下，如果程序長(zhǎng)時(shí)間失去響應(yīng)，單片機(jī)看門狗模塊會(huì)自動(dòng)復(fù)位重啟單片機(jī)。還有一些情況是程序故意重啟復(fù)位單片機(jī)。
電源、晶振、復(fù)位構(gòu)成了單片機(jī)最小系統(tǒng)的三要素，也就是說(shuō)，一個(gè)單片機(jī)具備了這三個(gè)條件，就可以運(yùn)行下載的程序了，其他的比如LED小燈、數(shù)碼管、蜂鳴器等設(shè)備都是屬于單片機(jī)的外部設(shè)備，即外設(shè)。最終完成用戶想要的功能就是通過(guò)對(duì)單片機(jī)編程來(lái)控制各種各樣的外設(shè)實(shí)現(xiàn)的。

審核編輯 黃宇