隨著學(xué)習(xí)內(nèi)容越來越多，個(gè)別細(xì)節(jié)可能會感覺略有吃力。但是不要擔(dān)心，這個(gè)跟小孩學(xué)走路一樣，剛開始走得不太穩(wěn)，沒關(guān)系，多走幾步多練練?？唇滩牡臅r(shí)候要注意專心，一遍看不懂，思考一下，再回頭看第二遍和第三遍，沒準(zhǔn)一下就明白了。如果三遍還看不明白，那就把不懂的問題放一放，繼續(xù)往下學(xué)兩課然后再回頭看一次，也可以與他人討論一下，可能就會茅塞頓開了。
5.1邏輯電路與邏輯運(yùn)算
在數(shù)字電路經(jīng)常會遇到邏輯電路，而在C語言中則經(jīng)常用到邏輯運(yùn)算。二者在原理上是相互關(guān)聯(lián)的，在這里就先簡單介紹一下。
首先，在“邏輯”這個(gè)概念范疇內(nèi)，存在真和假這兩個(gè)邏輯值，而將其對應(yīng)到數(shù)字電路或C語言中，就變成了“非0值”和“0值”這兩個(gè)值，即邏輯上的“假”就是數(shù)字電路或C語言中的“0”這個(gè)值，而邏輯“真”就是其它一切“非0值”。
來具體學(xué)習(xí)一下幾個(gè)主要的邏輯運(yùn)算符。假定有2個(gè)字節(jié)變量：A和B，二者進(jìn)行某種邏輯運(yùn)算后的結(jié)果為F。
以下邏輯運(yùn)算符都是按照變量整體值進(jìn)行運(yùn)算的，通常就叫做邏輯運(yùn)算符：
&& 邏輯與。F = A && B，當(dāng)A、B的值都為真（即非0值，下同）時(shí)，其運(yùn)算結(jié)果F為真（具體數(shù)值為1，下同）；當(dāng)A、B值任意一個(gè)為假（即0，下同）時(shí)，結(jié)果F為假（具體數(shù)值為0，下同）。
|| 邏輯或。F = A || B，當(dāng)A、B值任意一個(gè)為真時(shí)，其運(yùn)算結(jié)果F為真；當(dāng)A、B值都為假時(shí)，結(jié)果F為假。
! 邏輯非，F(xiàn) = !A，當(dāng)A值為假時(shí)，其運(yùn)算結(jié)果F為真；當(dāng)A值為真時(shí)，結(jié)果F為假。
以下邏輯運(yùn)算符都是按照變量內(nèi)的每一個(gè)位來進(jìn)行運(yùn)算的，通常就叫做位運(yùn)算符：
& 按位與，F(xiàn) = A & B，將A、B兩個(gè)字節(jié)中的每一位都進(jìn)行與運(yùn)算，再將得到的每一位結(jié)果組合為總結(jié)果F，例如A = 0b11001100，B = 0b11110000，則結(jié)果F就等于0b11000000。
| 按位或，F(xiàn) = A | B，將A、B兩個(gè)字節(jié)中的每一位都進(jìn)行或運(yùn)算，再將得到的每一位結(jié)果組合為總結(jié)果F，例如A = 0b11001100，B = 0b11110000，則結(jié)果F就等于0b11111100。
~ 按位取反，F(xiàn) = ~A，將A字節(jié)內(nèi)的每一位進(jìn)行非運(yùn)算（就是取反），再將得到的每一位結(jié)果組合為總結(jié)果F，例如A = 0b11001100，則結(jié)果F就等于0b00110011；這個(gè)運(yùn)算符流水燈實(shí)驗(yàn)里已經(jīng)用過了，現(xiàn)在再回頭看一眼，是不是清楚多了。
^ 按位異或，異或的意思是，如果運(yùn)算雙方的值不同（即相異）則結(jié)果為真，雙方值相同則結(jié)果為假。在C語言里沒有按變量整體值進(jìn)行的異或運(yùn)算，所以僅以按位異或?yàn)槔?，F(xiàn) = A ^ B，A = 0b11001100，B = 0b11110000，則結(jié)果F就等于0b00111100。
今后看資料或芯片手冊的時(shí)候，會經(jīng)常遇到一些電路符號，圖5-1所示就是數(shù)字電路中的常用符號，知道這些符號有利于理解器件的邏輯結(jié)構(gòu)，尤其重點(diǎn)認(rèn)識圖5-1中的國外流行圖形符號。在這里先簡單看一下，日后遇到了可以到這里來查閱。

圖5-1 邏輯電路符號
5.2定時(shí)器的學(xué)習(xí)
定時(shí)器是單片機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重點(diǎn)，但并不是難點(diǎn)，需要完全理解并且熟練掌握。
5.2.1定時(shí)器的初步認(rèn)識
1、時(shí)鐘周期
時(shí)鐘周期：時(shí)鐘周期T是時(shí)序中最小的時(shí)間單位，具體計(jì)算的方法是
時(shí)鐘周期 =1/時(shí)鐘源頻率
Kingst51單片機(jī)開發(fā)板上用的晶振是11.0592M，那么對于這個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)來說，時(shí)鐘周期=1/11059200秒。
2、機(jī)器周期
單片機(jī)完成一個(gè)操作的最短時(shí)間。機(jī)器周期主要針對匯編語言而言，在匯編語言下程序的每一條語句執(zhí)行所使用的時(shí)間都是機(jī)器周期的整數(shù)倍，語句占用的時(shí)間是可以計(jì)算出來的，而C語言一條語句的時(shí)間是不確定的，受到諸多因素的影響。51單片機(jī)系列，在其標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)下一個(gè)機(jī)器周期是12個(gè)時(shí)鐘周期，也就是12/11059200秒。而一些增強(qiáng)型的51單片機(jī)，其速度都更快一些，有的1個(gè)機(jī)器周期等于4個(gè)時(shí)鐘周期，有的1個(gè)機(jī)器周期就等于1個(gè)時(shí)鐘周期，也就是說大體上其速度可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)51架構(gòu)的3倍或12倍。Kingst51單片機(jī)采用的是標(biāo)準(zhǔn)的51單片機(jī)，所以后面的章節(jié)如果遇到機(jī)器周期這個(gè)概念，全部是指12個(gè)時(shí)鐘周期。
時(shí)鐘周期和機(jī)器周期兩個(gè)概念了解即可，下邊就來講講重頭戲，定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。定時(shí)器和計(jì)數(shù)器是單片機(jī)內(nèi)部的同一個(gè)模塊，通過配置SFR（特殊功能寄存器）可以實(shí)現(xiàn)兩種不同的功能。大多數(shù)情況下是使用定時(shí)器功能，因此主要來講定時(shí)器功能，計(jì)數(shù)器功能可自學(xué)。
顧名思義，定時(shí)器就是用來進(jìn)行定時(shí)的。定時(shí)器內(nèi)部有一個(gè)寄存器，讓它開始計(jì)數(shù)后，這個(gè)寄存器的值每經(jīng)過一個(gè)機(jī)器周期就會自動(dòng)加1，因此，可以把機(jī)器周期理解為定時(shí)器的計(jì)數(shù)周期。就像鐘表每經(jīng)過一秒，數(shù)字自動(dòng)加1一樣，定時(shí)器是每過一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，也就是12/11059200秒，數(shù)字自動(dòng)加1。還有一個(gè)特別注意的地方，就是鐘表是加到60后，秒就自動(dòng)變成0了，這種情況在單片機(jī)或計(jì)算機(jī)里稱之為溢出。那定時(shí)器加到多少才會溢出呢？后面會講到定時(shí)器有多種工作模式，分別使用不同的位寬（指使用多少個(gè)二進(jìn)制位），假如是16位的定時(shí)器，也就是2個(gè)字節(jié)，最大值就是65535，那么加到65535后，再加1就算溢出，如果有其他位數(shù)的話，道理是一樣的，對于51單片機(jī)來說，溢出后，這個(gè)值會直接變成0。從某一個(gè)初始值開始，經(jīng)過確定的時(shí)間后溢出，這個(gè)過程就是定時(shí)的含義。
5.2.2定時(shí)器的寄存器
標(biāo)準(zhǔn)的51單片機(jī)內(nèi)部有T0和T1這兩個(gè)定時(shí)器，T就是Timer的縮寫，現(xiàn)在很多51系列單片機(jī)還會增加額外的定時(shí)器，在這里先講定時(shí)器0和1。對于單片機(jī)的每一個(gè)功能模塊，都是由它的SFR，也就是特殊功能寄存器來控制。與定時(shí)器有關(guān)的特殊功能寄存器，有以下幾個(gè)，不需要去記憶這些寄存器的名字和作用，只要大概知道就行，用的時(shí)候隨時(shí)可以查手冊，找到每個(gè)寄存器的名字和每個(gè)寄存器所起到的作用。
表5-1的寄存器是存儲定時(shí)器的計(jì)數(shù)值的。TH0/TL0用于T0，TH1/TL1用于T1。
表5-1 定時(shí)值存儲寄存器

表5-2是定時(shí)器控制寄存器TCON的位分配，表5-3是則是對每一位的具體含義的描述。

表5-2 TCON——定時(shí)器控制寄存器的位分配（地址0x88、可位尋址）

表5-3 TCON——定時(shí)器控制寄存器的位描述

請注意在表5-3中的描述中，只要寫到硬件置1或者清0的，就是指一旦符合條件，單片機(jī)將自動(dòng)完成的動(dòng)作，只要寫軟件置1或者清0的，是指必須用程序去完成這個(gè)動(dòng)作，后續(xù)遇到此類描述就不再另做說明了。
對于TCON這個(gè)SFR，其中有TF1、TR1、TF0、TR0這4位需要理解清楚，它們分別對應(yīng)于T1和T0。以定時(shí)器1為例講解，那么定時(shí)器0同理。先看TR1，當(dāng)程序中寫TR1 = 1以后，定時(shí)器值就會每經(jīng)過一個(gè)機(jī)器周期自動(dòng)加1，當(dāng)程序中寫TR1 = 0以后，定時(shí)器就會停止加1，其值會保持不變化。TF1，這個(gè)是一個(gè)標(biāo)志位，他的作用是通知用戶定時(shí)器溢出了。比如定時(shí)器設(shè)置成16位的模式，那么每經(jīng)過一個(gè)機(jī)器周期，TL1加1一次，當(dāng)TL1加到255后，再加1，TL1變成0，TH1會加1一次，如此一直加到TH1和TL1都是255（即TH1和TL1組成的16位整型數(shù)為65535）以后，再加1一次，就會溢出了，TH1和TL1同時(shí)都變?yōu)?，只要一溢出，TF1馬上自動(dòng)變成1，通知用戶定時(shí)器溢出了，僅僅是提供給用戶一個(gè)信號，讓用戶知道定時(shí)器溢出了，它不會對定時(shí)器是否繼續(xù)運(yùn)行產(chǎn)生任何影響。
本節(jié)開頭就提到了定時(shí)器有多種工作模式，工作模式的選擇就由TMOD來控制，TMOD的位分配和描述見表5-4到5-6所示，TMOD的位功能如表5-5所示。
表5-4 TMOD——定時(shí)器模式寄存器的位分配（地址0x89、不可位尋址）

表5-5 TMOD——定時(shí)器模式寄存器的位描述

表5-6 TMOD——定時(shí)器模式寄存器M1/M0工作模式

請注意，表5-2的TCON最后標(biāo)注了“可位尋址”，而表5-4的TMOD標(biāo)注的是“不可位尋址”。意思就是說：比如TCON有一個(gè)位叫TR1，用戶可以在程序中直接進(jìn)行TR1 = 1這樣的操作。但對TMOD里的位比如(T1)M1 = 1這樣的操作就是錯(cuò)誤的。要操作就必須一次操作這整個(gè)字節(jié)，也就是必須一次性對TMOD所有位操作，不能直接對其中某一位單獨(dú)進(jìn)行操作，那么能不能只修改其中的一位而不影響其它位的值呢？當(dāng)然可以，在后續(xù)課程中就會學(xué)到方法的。
表5-6列出的就是定時(shí)器的4種工作模式，其中模式0是為了兼容老的8048系列單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在的51幾乎不會用到這種模式，而模式3根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，它的功能用模式2完全可以取代，所以基本上也是不用的，那么重點(diǎn)來學(xué)習(xí)模式1和模式2。
模式1，是THn和TLn組成了一個(gè)16位的定時(shí)器，計(jì)數(shù)范圍是0～65535，溢出后，只要不對THn和TLn重新賦值，則從0開始計(jì)數(shù)。模式2，是8位自動(dòng)重裝載模式，只有TLn做加1計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)范圍0～255，THn的值并不發(fā)生變化，而是保持原值，TLn溢出后，TFn就直接置1了，并且THn原先的值直接賦給TLn，然后TLn從新賦值的這個(gè)數(shù)字開始計(jì)數(shù)。這個(gè)功能可以用來產(chǎn)生串口的通信波特率，后面章節(jié)講串口的時(shí)候要用到。
5.2.3定時(shí)器的應(yīng)用
了解了定時(shí)器相關(guān)的寄存器，下面就來做一個(gè)定時(shí)器的程序，鞏固一下學(xué)到的內(nèi)容。這節(jié)課的程序先使用定時(shí)器0，在使用定時(shí)器的時(shí)候，需要以下幾個(gè)步驟：
第一步：設(shè)置特殊功能寄存器TMOD，配置好工作模式。
第二步：設(shè)置計(jì)數(shù)寄存器TH0和TL0的初值。
第三步：設(shè)置TCON，通過TR0置1來讓定時(shí)器開始計(jì)數(shù)。
第四步：判斷TCON寄存器的TF0位，監(jiān)測定時(shí)器溢出情況。
寫程序之前，要先來學(xué)會計(jì)算如何用定時(shí)器定時(shí)時(shí)間。Kingst51開發(fā)板單片機(jī)的晶振是11.0592M，時(shí)鐘周期就是1/11059200，機(jī)器周期是12/11059200，假如要定時(shí)20ms，就是0.02秒，要經(jīng)過x個(gè)機(jī)器周期得到0.02秒，來算一下x*12/11059200=0.02，得到x= 18432。16位定時(shí)器的溢出值是65536（因65535再加1才是溢出），于是就可以這樣操作，先給TH0和TL0一個(gè)初始值，讓它們經(jīng)過18432個(gè)機(jī)器周期后剛好達(dá)到65536，也就是溢出，溢出后可以通過檢測TF0的值得知，就剛好是0.02秒。那么初值y = 65536 - 18432 = 47104，轉(zhuǎn)成16進(jìn)制就是0xB800，也就是TH0 = 0xB8，TL0 = 0x00。
細(xì)心的讀者會發(fā)現(xiàn)，如果初值直接給一個(gè)0x0000，一直到65536溢出，定時(shí)器定時(shí)值最大也就是71ms左右，那么想定時(shí)更長時(shí)間怎么辦呢？用小學(xué)學(xué)過的邏輯，倍數(shù)關(guān)系就可以解決此問題。
下面就用程序來實(shí)現(xiàn)LED閃爍功能。
#include

sbit LED = P0^0;
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

void main()
{
unsigned char cnt = 0; //定義一個(gè)計(jì)數(shù)變量，記錄T0溢出次數(shù)

ENLED = 0; //使能U3，選擇獨(dú)立LED
ADDR3 = 1;
ADDR2 = 1;
ADDR1 = 1;
ADDR0 = 0;
TMOD = 0x01; //設(shè)置T0為模式1
TH0 = 0xB8; //為T0賦初值0xB800
TL0 = 0x00;
TR0 = 1; //啟動(dòng)T0

while (1)
{
if (TF0 == 1) //判斷T0是否溢出
{
TF0 = 0; //T0溢出后，清零中斷標(biāo)志
TH0 = 0xB8; //并重新賦初值
TL0 = 0x00;
cnt++; //計(jì)數(shù)值自加1
if (cnt >= 50) //判斷T0溢出是否達(dá)到50次
{
cnt = 0; //達(dá)到50次后計(jì)數(shù)值清零
LED = ~LED; //LED取反：0-->1、1-->0
}
}
}
}
程序中都寫了注釋，結(jié)合前幾章學(xué)的內(nèi)容，不難理解。本程序?qū)崿F(xiàn)的結(jié)果是開發(fā)板上最右邊的小燈點(diǎn)亮一秒，熄滅一秒，也就是以0.5Hz的頻率進(jìn)行閃爍。


審核編輯 黃宇