C51单片机学习日志

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五月雨
    阅读 6 分钟
    头图

    2021/05/01

    踩坑

    一开始安装驱动那里就出问题，驱动明明已经安装，但是识别不了单片机的接口，问客服，感觉客服也很迷，最后还是解决了。目测要么是USB线接触不良，要么是安装的WIN10驱动没起作用，因为后面还安装了一个XP驱动。

    单片机相关概念

    单片机是单芯片微型计算机的简称，常用英文缩写_MCU_(Microcontroller Unit)代指单片机。
    我所使用的单片机为DIP封装，虽然体积较大，但是方便拆卸，从而损坏后更换芯片更便捷。
    其他两种封装（PLCC，LQFP），虽然体积小，但是更换比较麻烦，。厂商为_STC_的，这家厂商单片机烧录程序便捷些。
    厂商虽然不同，但是内核都是使用的Intel公司的80C51系列内核，_STC_的单片机命名规则如下：

    一些零散知识点（C语言）

    由于C语言已经学过不少了，就选择性地记了些笔记：
    常用存储单位关系：

    中文名称英文名称换算关系
    比特（字位）bit1B = 8bit
    字节byte1B = 8bit
    千字节kibibyte1KB = 1024B
    兆字节Mebibyte1MB = 1024KB
    吉字节Gigabyte1GB = 1024MB

    常说的100M宽带，并非是100MB而是100Mbit，所以换算成下载速度需要除以8，换算成字节单位，也就是12.5MB。

    数据类型所占位数范围
    bit10~1
    unsigned char80~255
    char8-128~127
    unsigned int160~65535
    int16-32768~32767
    unsigned long320~429467295
    float323.4e-38~3.4e38
    double641.7e-308~1.7e308

    其中，有符号位的最高位是符号位，0表示正数，1表示负数。

    一些零散知识点（电子电路基础）

    单片机是一种数字集成芯片，数字电路中只有两种电平：高电平和低电平。
    高电平为5V，低电平为0V。
    TTL电平信号被利用的较多，因为数字电路中通常数据表示采用二进制，5V等价于逻辑1，0V等价于逻辑0。TTL电平规定高电平输出电压>2.4V，低电平输出电压<0.4V，这是因为实际发送信号时，可能并不一定达到高电平和低电平的精确值，所以只要在这个波动范围内都是会被认定为高电平和低电平的。
    而计算机串口使用的是RS232电平。
    高电平为-12V，低电平为+12V，单片机与计算机串口通信时需要使用电平转换芯片，把RS232电平转换为TTL电平后，单片机才能识别。但是电路USB接口的供电口是5V，充电宝也是，所以可以用充电宝和电脑USB接口来给单片机供电。
    I/O口是基本输入Input/输出Output接口，单片机对外围设备的控制都是通过I/O口来进行的（输出高低电平）。接收外部控制也是通过I/O口来读取外部电压信号。
    选电容时，一般选耐压值比应用系统高2-3倍的电容。
    有极性的电容，长脚为正，短脚为负。
    电容上颜色面积小的部分所对应的为负极，反之为正极（对于直插和贴片电解电容）。而对于钽电容则相反。
    单片机需要运行起来最基本的条件为：

    1. 电源
    2. 单片机芯片
    3. 晶振电路
    4. 复位电路
      单片机工作的基本时序：
      振荡周期：也称时钟周期，是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期。
      机器周期：一个机器包含12个时钟周期。在一个机器周期内，CPU可以完成一个独立的操作。
      电路原理图中：
      电阻上的471字样代表电阻阻值为47*10^1 Ω
      电容上的105字样代表电容大小为10*10^5 pF
      网络标号相同的两点表示这两点实际电气相连（有导线连接）。

    点亮LED灯

    LED，即发光二极管。其优点是，功耗低，高亮度，色彩艳丽，寿命长。
    同样的，LED灯也是长正短负。它的封装方式和电容电阻类似，开发板中用的就是最小的0603封装。贴片式的LED，有小绿点的一端为负极，另一端为正极。
    普通发光二极管工作压降为1.6V~2.1V。工作电流为1~20mA。普通发光二极管导通压降通常为0.7V。由于其工作电流较小，通常会再串一个限流电阻。
    原理

    由原理图可知，要想点亮LED灯，二极管需要处于导通状态，由于电源输入到阳极的信号恒为高电平，那么阴极为低电平才能导通，那么给阴极输入0即可。
    实践
    踩坑：在建项目编译文件时，记得在output里勾选输出hex文件。
    暴力点灯
    直接分别对需要亮灯的位置赋值0。

    #include <reg52.h>

sbit LED2 = P1^1;
sbit LED3 = P1^2;
sbit LED5 = P1^4;

void main()
{
    LED2 = 0;
    LED3 = 0;
    LED5 = 0;
}

    多口操作点灯
    对P1的8个口一起操作，由于操作时是按位操作，所以赋值的数是二进制数，二进制数位上的0和1就分别代表了低电平和高电平，但是写程序时一般会赋值16进制的数。
    二进制高位到低位就对应了P1的8个口从大到小的序号

    #include <reg52.h>

void main()
{
    P1 = 0xE9;    //1110 1001
}

    2021/05/02

    实现LED灯闪烁

    原理
    由于程序中，main函数是会自动循环的，所以如果不加延时，直接让LED灯点亮然后再熄灭的话，对于人来说是看不到闪烁的。所以，针对于人眼的视觉暂留效应，需要添加延时，使得LED灯亮和灭的时间间隔在人眼可见范围内。
    而延时分为软件延时（占用CPU资源）和定时延时（使用寄存器，不浪费CPU资源），这里由于初学，采用的是实现较为简单的软件延时。
    实践
    实现一般闪烁

    #include <reg52.h>

#define uint unsigned int

void delay()   //简易延时函数
{
    uint i = 65535;
    while(i--);
}

void main() //main函数会自动循环
{
    P1 = 0; //等价于十六进制的0x00，把P1的每一个口赋值成0，点亮8个LED灯
    delay();    
    P1 = 0xFF;  //等价于二进制1111 1111，把P1的每一个口赋值成1，熄灭8个LED灯
    delay();    
}

    实现可控延时闪烁

    #include <reg52.h>

#define uint unsigned int

void delay_ms(uint z)   //毫秒级延时函数
{
    uint x, y;
    for(x = z; x > 0; x--)
        for(y = 114; y > 0; y--) ;    //114可以用单片机精灵算，为的是实现毫秒级延时
}

void main() //main函数会自动循环
{
    P1 = 0; //等价于十六进制的0x00，把P1的每一个口赋值成0，点亮8个LED灯
    delay_ms(100);    
    P1 = 0xFF;  //等价于二进制1111 1111，把P1的每一个口赋值成1，熄灭8个LED灯
    delay_ms(100);    
}

    实现流水灯闪烁

    #include <reg52.h>
#include <intrins.h>

#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char

void delay_ms(uint z)   
{
    uint x, y;
    for(x = z; x > 0; x--)
        for(y = 114; y > 0; y--) ;    //114可以用单片机精灵算，为的是实现毫秒级延时
}

uchar temp;
void main() 
{
    temp = 0xFE;   //只让第一个LED点亮
    P1 = temp;
    delay_ms(500);
    while(1)
    {
        temp = _crol_(temp, 1); //循环左移
        P1 = temp;
        delay_ms(500); 
    }
}

    最终，尝试写了一个炫酷一点点的亮灯:
    花式亮灯

    #include <reg52.h>
#include <intrins.h>

#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar temp;
uint i;

void delay_ms(uint z)   
{
    uint x, y;
    for(x = z; x > 0; x--)
        for(y = 114; y > 0; y--) ;    //114可以用单片机精灵算出，为的是实现毫秒级延时
}

/*下面的点亮函数中，延时函数的参数设置为不同时长，看起来更有层次感*/
void left() //向左依次点亮一个灯
{
    temp = 0xFE;   //只让第1个LED点亮
    P1 = temp;
    delay_ms(100);
    for(i = 0; i < 7; i++)
    {
        temp = _crol_(temp, 1); //循环左移
        P1 = temp;
        delay_ms(100); 
    }
    P1 = 0xFF;
    delay_ms(150);
}

void right()    //向右依次点亮一个灯
{
    temp = 0x7F;   //只让第8个LED点亮
    P1 = temp;
    delay_ms(100);
    for(i = 0; i < 7; i++)
    {
        temp = _cror_(temp, 1); //循环右移
        P1 = temp;
        delay_ms(100); 
    }
    P1 = 0xFF;
    delay_ms(150);
}

void side_to_mid()  //从两边向中间依次点亮一个灯
{
    P1 = 0x7E;
    delay_ms(200);
    P1 = 0xBD;
    delay_ms(150);
    P1 = 0xDB;
    delay_ms(100);
    P1 = 0XE7;
    delay_ms(100);
    P1 = 0xFF;
    delay_ms(150);
}

void mid_to_side()  //从中间向两边依次点亮一个灯
{
    P1 = 0XE7;
    delay_ms(200);
    P1 = 0xDB;
    delay_ms(150);
    P1 = 0xBD;
    delay_ms(100);
    P1 = 0x7E;
    delay_ms(100);
    P1 = 0xFF;
    delay_ms(150);
}

void all()  //从两边向中间全部点亮
{
    P1 = 0x7E;
    delay_ms(200);
    P1 = 0x3C;
    delay_ms(150);
    P1 = 0x18;
    delay_ms(100);
    P1 = 0X00;
    delay_ms(150);
}

void main() 
{
    left();
    right();
    side_to_mid();
    mid_to_side();
    all();
    while(1);   //保持全亮状态
}

    Keil中的调试工具

    工具栏中一个像放大镜一样的debug功能，可以看IO口在执行完语句的变化。
    在debug前记得先点击魔法棒图标，设置晶振频率，我所使用的开发板频率为11.0592MHz。
    先编译再进入debug模式，进入之后可以选择IO口监控状态。同时左边的窗口中有程序运行的时间等等信息，右下角窗口可以选择具体的变量进行监控。左上角可以选择调试模式。

    蜂鸣器

    原理
    单片机是用于控制的，不适合驱动功率器件，所以并不是直接将IO口接到蜂鸣器上面，因为它的输出电流很小，而是用三极管作开关管，再加一个限流电阻，来控制蜂蜜器是否发声的。
    直流电机不能直接接到开发板电源上，因为在其结束转动时有较高的反电动势，可能会损坏开发板。
    实践
    直接在流水灯的代码上稍加修改即可，蜂鸣器在P23口，如果直接赋值给beep一个逻辑0的话，就会使其发出连续不间断的蜂鸣声。

    #include <reg52.h>
#include <intrins.h>

#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar temp;
sbit beep = P2^3;

void delay(uint z)
{
    uint x, y;
    for(x = z; x > 0; x--)
        for(y = 114; y > 0; y--);
}

void main()
{
    temp = 0xF0;
    P1 = temp;
    delay(100);
    while(1)
    {
        temp = _crol_(temp, 1);
        P1 = temp;
        beep = ~beep;   //不断取反，使得其每间隔100ms发声
        delay(100);
    }
}

    数码管

    原理
    数码管内部由8颗LED组成，想要显示什么样的字符，就控制想要显示的部分亮起，其他部分熄灭即可。一般分为两种，共阴极和共阳极。两者只在公共脚处不同，公共脚为VCC的是共阳极，为GND的是共阴极。可以用万用表连接公共脚和其他任意脚即可测出数码管类型。
    数码管的公共脚叫做位选，其他脚叫做段选。位选用来选择数码管哪一位亮起，段选用来选择亮起数码管的哪些LED灯亮。
    我所使用的开发板中，数码管为共阴极型的，由于它们的阴极连接的公共脚是接地，为低电平，那么给数码管输入高电平即可电亮LED管。
    数码管显示分为静态显示和动态显示。这里先详细学习静态显示。
    静态显示比较占IO口，因为每个数码管的段选都必须接一个8位数据线来保持显示的字形码，显示的字形可以一直保持，直到送入新的字形。
    锁存器
    可以把数据输入端与输出端进行隔离或连接。
    以74HC573为例：


    输出口Q要想输出高低电平，OE脚必须接GND。
    LE脚为高时，输出端Q随输入端D的数据而变化。LE脚为低时，输出端Q数据保持不变，输入端D数据变化不会改变Q的数据。
    上拉电阻
    将不确定的信号通过一个限流电阻（一般为10k-4.7k欧姆的电阻）钳位在高电平，下拉同理，钳位在低电平。准双向IO中有上拉电阻，那么它就既能够输出高电平又能够输出低电平，而漏极开路输出电路，由于没有上拉电阻，就只能输出低电平，输入高电平会让它处于开路状态。

    2021/05/03

    c单片机
    五月雨
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    Keep looking, don't settle.

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