51单片机自学笔记

1第1天从哪儿开始你的单片机学习.单片机技术是非常有趣的一门技术，但是许多初学者往往苦于找不到正确的学习方法和合适的学习工具而一直在门外徘徊，今天就和大家分享一下几位书呆子是如何幸运的找到学习51单片机的“神秘武器”的，并告诉大家如何使用这些工具，最后和大家一起冲出困惑、不解和原地踏步的重围，快速踏上51单片机学习和应用的溜光大道，去领略探索中发现的美景。1.1神秘武器的得来从前，有个贫穷的书呆子，他的名字叫阿范。他的智商不高，可就是有股子轴劲儿，相信知识可以改变命运，他就刻苦学习，脑袋里装了许多知识，把内存都装的差不多了，以至于运行速度都很慢了。因为他是工业自动化专业的，听很多老师和学哥说嵌入式在将来会很有发展，而且还告诉他，要想把嵌入式弄明白，51单片机的学习是基础，阿范很听话，每天就拿本51单片机的教材看啊看啊…2一年过去了，阿范还是在看书，把那本“宝典”看了很多遍，很多知识都背下来了，可就是不会编程序。正当阿范百思不得其解之时，在一个风雨交加的深夜，一个神秘老人突然出现在阿范的面前，他用祥和而温暖的眼神看着阿范，微笑着…神秘老人：“孩子，是你用执着、勤奋、刻苦打动了我，我真的不想让你再在黑暗中摸索前进了，所以，我这次现身是给你光明，给你方向、给你真正的宝典来了，不过，你要答应我，当你真正掌握了这些知识，一定要帮我把这些知识传授给那些像你一样对单片机感兴趣又勤奋的孩子们，你能做到吗？”阿范：“神秘老人，请相信我，我一定能。”神秘老人：“那好吧，现在我就告诉你为什么你这些年都没有学好单片机的原因了，你要认真听好”第一、选择比努力更重要，你这些年用的书不适合你，那些书都是给会的人准备的。还有部分书中的例程不完整，或者有些错误，或者就是全对，程序太长，又没有注释，所以我给你的第一个“法宝”——“葵花宝典”。第二、这些年你只是看书，从不实战，你连“枪”都没有，怎么能在实践中取得胜利呢？所以我给你的第二个“法宝”——实用开发板一块第三、为了把程序下载到单片机中，我再给你一条下载线，至于电脑我就不给你了，现在电脑都便宜了，自己去买吧；还有就是要准备一个编程软件和一个下载程序用的软件，这个我也帮不了你，你自己去网上下载一个就行。至于怎么用，你看葵花宝典就可以了。第四、我走后就不会再出现了，机会你自己要把握好，为了帮你在最困难的时候能度过难关，我再给你一些锦囊，当你在需要的时候就打开看看。你都记住要学好单片机要准备什么了吗？”阿范：“我记住了，要准备电脑、实验板、下载线、编程软件、下载软件、葵花宝典和锦囊。”神秘老人：“记住就好，千万切忌只看书不实战，那我就走了。”阿范：“神秘老人，神秘老人…您给弟子个学名吧！”神秘老人：“好吧，你以后就叫行者吧。孩子，记住，你答应我的事，当你学会以后帮3本小节都什么内容：1、单片机的发展；2、51、AVR、430、PIC等几大主流单片机的区别；3、初学者最好先学51；学单片机和学开车差不多，如果还没练熟，先找个性价比高一点的车来练习，开坏了也不心疼。51单片机简单、易学、即使带电拔插也没什么大问题，当然最好别这样。编者语录我把这些知识传授给那些像你一样对单片机感兴趣又勤奋的孩子们，你要遵守承诺。”阿范：“师傅…弟子记住了，多谢师傅…”1.2单片机的身世20世纪70年代，美国仙童公司首先推出了第一款单片机F-8，随后Intel公司推出了MCS-48单片机系列，这个阶段的单片机性能较弱，属于中、低档产品；此后，随着集成技术的提高以及CMOS技术的发展，Intel公司于1980年推出了8位高档MCS-51系列单片机，性能得到了很大的提高，应用领域大为扩展；1983年Intel公司推出了16位MCS-96系列单片机，加入了许多外围接口。如：模/数转换器（AD）、看门狗、脉宽调制器（PWM）等，其他一些公司也相继推出了自己的高性能的单片机系统；近年来，许多公司先后推出了性能更高的32位单片机，单片机的应用达到了一个更高的层次。目前，无论是从单片机的位数来分，还是从生产单片机的公司来分，单片机的型号都是非常多，单说51系列兼容单片机，就有飞利浦的87LPC系列，华邦的W78系列，达拉斯的DS87系列，现代的GSM97系列等等，目前在我国比较流行的就是美国ATMEL公司的89S51，它是一种带FlashROM的单片机，可以多次重复编程，使用方便。接着上面的话题再给大家介绍一下我们经常在各种刊物上看到的AVR系列、PIC系列和MSP430系列单片机是怎么回事，以便让大家对单片机的发展有一个较全面的认识，在没有学习单片机之前这是一个令很多初学者非常困惑的问题，这么多的单片机我该先学哪一种呢？AVR系列单片机也是ATMEL公司生产的一种8位单片机，它采用RISC精简指令集，它的一条指令的运行速度可以达到纳秒级，速度快，功耗低，片内资源丰富，一般都集成模/数转换器、PWM、SPI、USART、I2C等资源，大大简化了外围电路的设计，AVR单片机是8位单片机中的高端产品，由于它的出色性能目前应用范围越来越大；430单片机是美国TI公司生产的，它采用的是RISC的指令集，这款单片机除了资源丰富，其主要特点是超低功耗，但是多数都内存不大；PIC系列单片机，它是美国MICROCHIP公司生产的另一种8位单片机，它采用的也是RISC的指令集，资源较丰富，而且型号非常多，适用于不同场合的应用。虽然上述几款单片机的影响力都很大，应用都很广，但是51系列单片机在很多领域还有大量的应用，而且作为初学者51系列是首选，因为它毕竟简单。1.3单片机都能干什么单片机都能干什么？许多初学者会有这样的问题。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统，数据采集系统、智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品、玩具等。并且已经深入到4工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等，无不含有单片机。1.4神秘老人的法宝1.4.1实验开发板学单片机必须得有块实验开发板，可是当年行者学单片机时还没有ISP功能，要买一个仿真器，一个编程器，一个实验板和一台电脑，那时那儿买得起，无奈只好把学习单片机的想法放一放了。现在好了，一切都变的简单了，下图是一块简单的实验板图片（当然还有一块实验开发板在后面的章节里会出现），可以完成LED闪烁、数码管显示、独立按按键、温度测量、串口通讯、数字心率检测等实验。具体各部分电路图及原理和应用程序会在后面讲解。图1-1实验开发板1.4.2下载线下载线给大家介绍两种，首先介绍一种是并口的，外观图如图1-2所示，这种下载线在比较老的台式电脑上面可以用，新的电脑或笔记本5神秘老人的法宝：1、葵花宝典一部；2、实验开发板一块；3、下载线一条；4、编程软件和下载软件；5、电脑一台；6、神秘的锦囊就在身边；图1-2并口下载线外观图电脑都没有并口了，不可以用了，这种下载线的优点就是成本低，适合在多种下载软件上使用。这款下载线的电路原理图如图1-3所示。利用了一片74LS244，起到缓冲作用，当下载结束后，下载线和用户电路的信号线都变成高阻状态，减少对用户电路板的影响。其中MOSI与51单片机的P1.5相连，MISO与51单片机的P1.6相连，SCK与51单片机的P1.7相连，RESET与51单片机的复位引脚RST相连。这个下载线自己就可以DIY一个，很好用的，当然还有其他的电路，这里就不一一介绍了。图1-3并口下载线原理图下面再介绍另一款下载线，下载线外形图如图1-4所示，它是USB接口的，使用方便，能够满足现在的新式电脑的要求。电路原理图如图1-5所示，其中包含一片MEGA8单片机，需要编写驱动程序，还要安装USB驱动软件，不过网上有很多大侠提供的，具体工作原理就部多讲了。图1-4USB下载线外观图61.4.3电源单片机需要5V的电源，通常我们得到5V电源的方法是用变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路制作一个5V电源，参考电路如图1-5所示。经变压器变压可以将220V交流电变成7V或9V的交流电，再经过4个整流二极管整流变成脉动的直流，再通过C1和C2滤波，然后通过7805稳压，最后通过C3和C4滤波即可得到+5V直流电，D3是一个发光二极管，起到电源工作是否正常的指示作用，D2的作用是当直接接直流电，并且把正负极弄反了时，起到保护作用。如果不想自己制作电源，当只需要5V电源是时，可以用一条USB线把电脑USB口的5V电引到板子上使用，图1-6是一条USB电源线。图1-5电源电路图1-6USB电源线1.4.4编程软件编程软件有很多，其中以KEIL和伟福WAVE6000应用较广，在此先简单介绍一下伟福WAVE6000编程软件（KEIL软件在后面再讲），该软件可以在南京伟福实业有限公司网站的下载专区中下载，打开软件安装程序，点击“setup”，然户按着提示点击“下一步”即可完成安装，打开桌面上的图标，界面如图1-7所示。使用方法在后面讲。7图1-7wave6000打开界面1.4.5下载软件可以完成下载任务的软件很多，这里介绍一款下载软件，该软件是由智峰工作室研发的，它可以支持多种接口，如串口、并口、USB口等。打开软件界面如图1-8所示。8千万不要认为小灯实验没有用哦！！！注意了哦！！！电阻选择时还要考虑功率呢，如1/4W，1/8W等，要根据你的“爱房R”判断噢！！！图1-8智峰下载软件1.5一个古老的神灯几乎在每本单片机的书中都提到发光二极管的实验，所以行者在此也来说说“神灯”的有关问题。图1-9是普通发光二极管的外形图及电路符号，从实物图上看，管脚长的是阳极，如果是用过的可以看二极管里面有一个三角形状的片，大片的一侧是阴极，但是有些黄色的二极管正好相反，如果想弄个清楚，最好是用万用表测量，因为二极管具有单向导电性。当电路如图1-10所示接线时，发光二极管就会发光；图1-9二极管外形图及电路符号而如果把电源或二极管任何一个元件反接，则二极管都不会发光。图1-10发光二极管实物接线图图1-11发光二极管接线原理图接着上面的内容，行者提个小问题：如果我有规律的把电池正接、反接，那会怎样呢？如果频率合适的话是不就会看见发光二极管闪烁了，当然如果特别快就看不出闪烁了，而是一直亮，只是没有原来那么亮而已，当然行者可没有那么快的伸手，这个还是单片机厉害，后面给大家展示老单的伸手。对了，行者还有个小问题，图1-11中的电阻该用多大的呢？不串接电阻不行吗？很多初学电子的朋友在选择参数时最头痛了。不用电阻是不行的，这个电阻起到限流作用，一般常用的普通发光二极管通10mA电流较为合适，所以可以估算电阻的阻值了，如果我们选择+5V电源供电，就应该选择约500欧姆的电阻（忽略二极管导通时的压降），可是电阻不是想买多少欧姆就能买到的，可以参考电阻的标称值来选择(电阻标称值见附录G)，一般我9们可以选择470欧姆，当然再大点或小点都可以，只是发光二极管要么就偏暗要么偏亮。关于发光二极管的封装和颜色再说说，封装主要有图1-10中这样的，再就是贴片的，一般贴片的价格高一些；关于颜色，普通红、黄、绿的比较便宜，几角钱一个，蓝光的、翠绿光的比较贵，要几元钱，当然也和你的购货渠道有关，一般网上的便宜一些。不说了，还是快点让神灯闪起来吧，玩个一亮一灭的鬼火。把单片机先接上，当然现在对于初学者来说，还没看见单片机的真面目呢，有关单片机的外在形象和内芯世界后面再讲，现在只是展示给大家先看看而已。电路图1-12所示，是单片机控制一个LED的电路图，要求完成LED闪烁的任务。1234567894.7KY112MHzC130pFC230pFC310uFR210k+5R1D1.P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40EA31RST9X119X218P1.45P1.56P1.67P1.78GND2089S51+5图1-12单片机控制一个LE