51單片機知識重點匯總一

主要性能:

與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容 、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器、 1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz 、三級加密程序存儲器 、 32個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數(shù)器八個中斷源、全雙工UART串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時器 、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標識符 。

一、STC89C51單片機外部引腳簡介

電源及時鐘引腳：Vcc(40腳)、GND(20腳)、XTAL1(19腳)、XTAL2(18腳)。

Vcc、GND——單片機電源引腳，不同的型號單片機接入對應電壓電源，常壓為+5V，低壓為+3.3V。

XTAL1、XTAL2——外接時鐘引腳。XTAL1為片內(nèi)震蕩電路的輸入端，XTAL2為片內(nèi)震蕩電路的輸出端。8051的時鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時鐘震蕩方式，需要在這兩個腳外接石英晶體和震蕩電容，震蕩電容的值一般取10p~30p;另一種是外部時鐘方式，將XTAL1接地，外部時鐘信號從XTAL2腳輸入。

編程控制引腳。如RST(復位)、PSEN(29腳)、ALE/PROG(30腳)、EA/Vpp(31腳)。

RST(9腳)——單片機復位引腳。當輸入連續(xù)兩個機器周期以上高點平時有效，用來完成單片機的復位初始化操作，復位后程序計數(shù)器PC=0000H，單片機從程序儲存器的0000H單元讀取第一條指令碼。即單片機從頭開始執(zhí)行程序。

PSEN(29腳)—— 程序存儲器允許輸出控制端。讀取外部程序存儲器時PSEN低電平有效，以實現(xiàn)外部程序存儲器單元的讀操作(了解即可)。

ALE/PROG(30腳)—— 在單片機擴展外部RAM時，ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存器來，以實現(xiàn)地位地址和數(shù)據(jù)的隔離。(了解即可)。

EA/Vpp(31腳)—— EA接高電平時，單片機讀取內(nèi)部程序存儲器。當擴展有外部ROM時，當讀取完內(nèi)部ROM后自動讀取外部ROM。EA接低電平時，單片機直接讀取外部ROM。

I/O口引腳 —— P0口、P1口、P2口、P3口。

P0口(39-32腳)——雙向8位I/O口，每個口可獨立控制，沒有上拉電阻，為高阻態(tài)，所以不能正常的輸出高低電平，因此該組IO口在使用時務(wù)必要接上拉電阻，一般選10千歐。

P1口(1-8腳)——準雙向8位IO口，每個口可獨立控制，內(nèi)帶上拉電阻，這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向IO口。之所以稱它為準雙向，是因為該口在作為輸入使用前，要先向該口進行寫1操作，然后單片機內(nèi)部才可正確地讀出外部信號，也就是要使其先有個“準”備的過程，所以說才是準雙向接口。

P2口(21-28腳)—— 準雙向8位I/O口，每個口可獨立控制，內(nèi)帶上拉電阻，與P1口相似。

P3口(10-17腳)——準雙向8位IO口，每個口可獨立控制，內(nèi)帶上拉電阻。作為第一功能可以當做普通I/O口，與P1口相似。P3口可做第二功能使用。參照下表：

二、電平特性

單片機的輸入輸出電平為TTL電平，其中高電平為+5V，低電平為0V。計算機串口為RS-232電平，其中高電平為-12V，低電平為+12V。注意，RS-232為負邏輯電平。

三、單片機的幾個周期介紹

(1)時鐘周期。也稱為震蕩周期，定義為時鐘頻率的倒數(shù)(可以這樣來理解，時鐘周期就是單片機外接晶振的倒數(shù)，如12MHz的晶振，它的時鐘周期就是1/12us)它是單片機中最基本的、最小的時間單位;在一個時鐘周期內(nèi)，CPU僅僅完成一個最基本的動作。對于某個單片機來講，若采用了1MHz的時鐘頻率，則時鐘周期就是1us;若采用4MHz的時鐘頻率，則時鐘周期就是250us。由于時鐘脈沖是CPU的基本脈沖，它控制著CPU的工作節(jié)奏(使CPU的每一步都統(tǒng)一到它的步調(diào)上來)。顯然，對同一種單片機，時鐘頻率越高，單片機的工作速度就越快。但是，由于不同的單片機內(nèi)部硬件電路和電氣結(jié)構(gòu)不完全相同，所以其所需的時鐘頻率范圍也不一定相同。我們使用的STC89C系列的時鐘范圍約在1MHz~40MHz。

(2)狀態(tài)周期。它是時鐘周期的兩倍。

(3)機器周期。單片機的基本操作周期，在一個操作周期內(nèi)，單片機完成一項基本操作，如取指令、存儲器讀/寫等。它由12個時鐘周期(6個狀態(tài)周期)組成。

(4)指令周期。它是指CPU執(zhí)行一條指令所需要的時間。一般一個指令周期含有1~4個機器周期。

四、移位操作

左移。C51操作符為“<<”，最低位補零

右移。同上

循環(huán)左移，最高位移入最低位，其他依次向左移一位。

五、數(shù)碼管顯示原理

電路方面有共陰極和共陽極之分，讓數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字就是先定義一個保存16進制數(shù)的數(shù)組，然后在程序中把這個16進制數(shù)賦值給相應的引腳。

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六、中斷概念51單片機一共有6個中斷源INT0——外部中斷0INT1——外部中斷1T0/1/2——計時器/定時器中斷，由計數(shù)器滿回零引起。T1/R1——串行口中斷，串行端完成一幀字符發(fā)送/接收后引起。

七、單片機的定時器中斷

51單片機內(nèi)部共有兩個16位可編程的定時器/計數(shù)器，即定時器T0和定時器T1。它們既有定時功能又有計數(shù)功能。定時器/計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器(16位)，由高8位和低8位兩個寄存器組成，TMOD寄存器是定時器/計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能;TCON是控制寄存器，控制T0，T1的啟動和停止以及設(shè)置溢出標志。

加一計數(shù)器的輸入計數(shù)脈沖有兩個來源，一個是由系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來;另一個是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。如果定時器/計數(shù)器工作在定時模式，則表示時間已到;如果工作在計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已經(jīng)滿了。

定時器初始化過程如下：

①對TMOD賦值，以確定T0和T1的工作方式

②計算初值，并將初值寫入TH0、TL0或TH1、TL1中。

③中斷方式時，則對IE賦值，開放中斷。

④使TR0或TR1置位，啟動定時器/計數(shù)器定時或計數(shù)

八、并行與串行基本通信方式

1、并行通信方式：將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時進行傳輸，每位數(shù)據(jù)都需要一條傳輸線。

2、串行通信方式：串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個的傳輸，此時只需要一條數(shù)據(jù)線

3、異步串行通信方式：指通信的接收與發(fā)送設(shè)備使用各自的時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。其特點是：不要求發(fā)送雙方時鐘嚴格一致，容易實現(xiàn)，設(shè)備開銷小，但每個字符要附加2~3位，用于起始位、校驗位、停止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率不高。在單片機與單片機之間，單片機與計算機之間通信時，通常采用異步串行通信方式。

4、同步串行通信方式：同步通信時要建立發(fā)送方時鐘對接收方時鐘的直接控制，使雙方完全達到同步。

九、RS-232電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換一般使用MAX232實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換

十、波特率與定時器初值的關(guān)系

1、波特率：單片機或計算機在串口通信時的速率用波特率表示，它定義為每秒傳輸二進制代碼的位數(shù)，即1波特 = 1位/秒，單位是bps。

2、波特率的計算：在串行通信中，收、發(fā)雙方對發(fā)送或接受數(shù)據(jù)的速率有約定。通過編程可對單片機串行口設(shè)定四種工作方式，其中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的，由定時器T1的溢出率來決定。

3、為什么51系列單片機常用11.0592MHz的晶振設(shè)計?常用波特率通常按規(guī)范取1200,2400,4800,9600···，若采用晶振12Mhz或6Mhz，計算得出的T1定時初值將不是一個整數(shù)，這樣通信時便會產(chǎn)生積累誤差。

十一、串行口結(jié)構(gòu)描述

1、串行口結(jié)構(gòu)：51單片機的串行口是一個可編程全雙工的通信接口，具有UART(通用異步收發(fā)器)的全部功能，能同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。串行口主要由兩個獨立的串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF(一個發(fā)送緩沖寄存器，一個接收緩沖寄存器)和發(fā)送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器以及若干控制門電路組成。執(zhí)行寫指令時，訪問串行發(fā)送寄存器;執(zhí)行讀指令時，訪問串行接收寄存器。與串口緊密相關(guān)的一個特殊功能寄存器是串行口控制寄存器SCON，它用來設(shè)定串行口的工作方式，接收/發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標志位等。

2、串口方式簡介：重點介紹方式1:。方式1是十位數(shù)據(jù)的異步通信口，其中1為起始位，8為數(shù)據(jù)位，1位停止位。TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD為數(shù)據(jù)接收引腳。其傳輸?shù)牟ㄌ芈适强勺兊?，對?1單片機，波特率由定時器1的溢出率決定。通常在做單片機與單片機串口通信、單片機與計算機串口通信、計算機與計算機串口通信時，基本都選擇方式1。

3、在具體操作串行口之前，需要對單片機的一些與串口有關(guān)的特殊功能寄存器進行初始化設(shè)置，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時器1、串行口控制和中斷控制。①確定T1工作方式(編程TMOD寄存器)②計算T1的初值，裝載TH1，TL1③啟動T1(編程TCON寄存器的TR1位)④確定串行口工作方式(編程SCON寄存器)⑤串行口工作在中斷方式時，要進行中斷設(shè)置(編程IE、IP寄存器)

十二、I2C總線概述

1、I2C具有接線口少，控制簡單，器件封裝形式小，通信速率高等優(yōu)點。I2C總線由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL兩條線構(gòu)成通信線路，即可發(fā)送數(shù)據(jù)，也可接受數(shù)據(jù)。

2、單片機模擬I2C總線通信，因為有許多單片機沒有I2C總線接口，如51單片機，不過我們可以在單片機應用系統(tǒng)中通過軟件模擬I2C總線的工作時序，在使用時，只需要正確調(diào)用各個函數(shù)就能方便地擴展I2C總線接口器件。

3、單片機在模擬I2C通信時，需要寫出如下幾個關(guān)鍵部分的程序：總線的初始化、啟動信號、應答信號、停止信號、寫一個字節(jié)、讀一個字節(jié)。

十三、單片機空閑與掉電模式

1、空閑模式：除CPU處于休眠狀態(tài)之外，其余硬件全部處于活動狀態(tài)。

2、掉電模式：也成為休眠模式，外部晶振停振，CPU,定時器、串行口全部停止工作，只有外部中斷繼續(xù)工作。

十四、看門狗概念

在由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)中，由于單片機的工作有可能受到外界電磁場的干擾，造成程序的跑飛，從而陷入死循環(huán)，程序的正常運行被打斷，所以出于對單片機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測的考慮，便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機程序運行狀態(tài)的芯片，俗稱看門狗。其工作過程如下：看門狗芯片和單片機的一個IO引腳相連，該IO引腳通過單片機程序控制，使他定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平(或低電平)，這一程序語句是分散的放在單片機其他控制語句中間的，一旦單片機由于干擾造成的程序跑飛而陷入某一程序段進入死循環(huán)狀態(tài)時，給看門狗引腳送電平的程序便不能被執(zhí)行到，這時看門狗電路會由于得不到單片機送來的信號，便對它與單片機復位引腳相連接的引腳送一個復位信號，使單片機復位。

十五、SPI接口1、概述

SPI = Serial Peripheral Interface，是串行外圍設(shè)備接口，是一種高速，全雙工，同步的通信總線。常規(guī)只占用四根線，節(jié)約了芯片管腳，PCB的布局省空間。現(xiàn)在越來越多的芯片集成了這種通信協(xié)議，常見的有EEPROM、FLASH、AD轉(zhuǎn)換器等。

優(yōu)點：

1、支持全雙工，push-pull的驅(qū)動性能相比open-drain信號完整性更好;

2、支持高速(100MHz以上);

3、協(xié)議支持字長不限于8bits，可根據(jù)應用特點靈活選擇消息字長;

4、硬件連接簡單;

缺點：

1、相比IIC多兩根線;

2、沒有尋址機制，只能靠片選選擇不同設(shè)備;

3、沒有從設(shè)備接受ACK，主設(shè)備對于發(fā)送成功與否不得而知;

4、典型應用只支持單主控;

5、相比RS232 RS485和CAN總線，SPI傳輸距離短;

2. 硬件結(jié)構(gòu)

SPI總線定義兩個及以上設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信，提供時鐘的設(shè)備為主設(shè)備Master，接收時鐘的設(shè)備為從設(shè)備Slave;

信號定義如下：

SCK : Serial Clock 串行時鐘

MOSI : Master Output, Slave Input 主發(fā)從收信號

MISO : Master Input, Slave Output 主收從發(fā)信號

SS/CS : Slave Select 片選信號