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单片机课程设计总结

88
2020年4月19日
文档仅供参考
单片机基础知识
单片机的外部结构：
1、 DIP40双列直插；
2、 P0，P1，P2，P3四个8位准双向I/O引脚；（作为I/O输入时，要先输出高电平）
3、 电源VCC（PIN40）和地线GND（PIN20）；
4、 高电平复位RESET（PIN9）；（10uF电容接VCC与RESET，即可实现上电复位）
5、 内置振荡电路，外部只要接晶体至X1（PIN18）和X0（PIN19）；（频率为主频的12倍）
6、 程序配置EA（PIN31）接高电平VCC；（运行单片机内部ROM中的程序）
7、 P3支持第二功能：RXD、TXD、INT0、INT1、T0、T1

单片机内部I/O部件：(所为学习单片机，实际上就是编程控制以下I/O部件，完成指定任务)
1、 四个8位通用I/O端口，对应引脚P0、P1、P2和P3；
2、 两个16位定时计数器；（TMOD，TCON，TL0，TH0，TL1，TH1）
3、 一个串行通信接口；（SCON，SBUF）
4、 一个中断控制器；（IE，IP）

C语言编程基础：
1、 十六进制表示字节0x5a：二进制为01011010B；0x6E为01101110。
2、 如果将一个16位二进数赋给一个8位的字节变量，则自动截断为低8位，而丢掉高8位。
3、 ++var表示对变量var先增一；var—表示对变量后减一。
4、 x |= 0x0f;表示为 x = x | 0x0f;
5、 TMOD = ( TMOD & 0xf0 ) | 0x05;表示给变量TMOD的低四位赋值0x5，而不改变TMOD的高四位。
6、 While( 1 ); 表示无限执行该语句，即死循环。语句后的分号表示空循环体，也就是{;}

第一章 单片机最小应用系统：
单片机最小系统的硬件原理接线图：
1、 接电源：VCC（PIN40）、GND（PIN20）。加接退耦电容0.1uF
2、 接晶体：X1（PIN18）、X2（PIN19）。注意标出晶体频率（选用12MHz），还有辅助电容30pF
3、 接复位：RES（PIN9）。接上电复位电路，以及手动复位电路，分析复位工作原理
4、 接配置：EA（PIN31）。说明原因。
具体接法如下图所示：

第二章 基本I/O口的应用。
例1：用P1口输出一倍频方波。
#include <reg52.h> //reg52.h为包含51资源的库文件
void main ( void )
{
while (1==1)
{
++P1; //使P1口加一完成一倍频方波，
}
}
注意：P0的每个引脚要输出高电平时，必须外接上拉电阻（如4K7）至VCC电源。
例2：用P1口输出一倍频方波,要求能用万用表测出方波。
其实，只需要在上面的程序中添加延时程序即可。
#include <reg52.h>
void main ( void )
{
unsigned int i,j;
while (1==1)
{
++P1;
for (i=0;i<1000;i++)
for(j=0;j<1000;j++); //该循环是一个大概的延时，具体时间要看汇编语言的指令才能判断。
}
}
例3：要求从P1口输出一方波，要求P1.7变化的最快，P1.0变化的最慢。
#include <reg52.h>
void main ( void )
{
unsigned char m,n; //定义两个中间变量完成交换过程
unsigned int i,j;
while (1)
{
n = 0;
++m;
n|=(m<<7)&0x80; //将第0位的值送至第7位
n|=(m<<5)&0x40; //将第1位的值送至第6位
n|=(m<<3)&0x20; //将第2位的值送至第5位
n|=(m<<1)&0x10; //将第3位的值送至第4位
n|=(m>>1)&0x08; //将第4位的值送至第3位
n|=(m>>3)&0x04; //将第5位的值送至第2位
n|=(m>>5)&0x02; //将第6位的值送至第1位
n|=(m>>7)&0x01; //将第7位的值送至第0位
P1 = n;
for(i=0;i<1000;i++)
for(j=0;j<1000;j++);
}
}
注意：一个字节的8位D7、D6至D0，分别输出到P3.7、P3.6至P3.0，比如P3=0x0f，则P3.7、P3.6、P3.5、P3.4四个引脚都输出低电平，而P3.3、P3.2、P3.1、P3.0四个引脚都输出高电平。同样，输入一个端口P2，即是将P2.7、P2.6至P2.0，读入到一个字节的8位D7、D6至D0。
第三章 显示驱动
数码管的接法和驱动原理
一支七段数码管实际由8个发光二极管构成，其中7个组形构成数字8的七段笔画，因此称为七段数码管，而余下的1个发光二极管作为小数点。作为习惯，分别给8个发光二极管标上记号：a,b,c,d,e,f,g,h。对应8的顶上一画，按顺时针方向排，中间一画为g，小数点为h。
我们一般又将各二极与一个字节的8位对应，a(D0),b(D1),c(D2),d(D3),e(D4),f(D5),g(D6),h(D7)，相应8个发光二极管正好与单片机一个端口Pn的8个引脚连接，这样单片机就能够经过引脚输出高低电平控制8个发光二极的亮与灭，从而显示各种数字和符号；对应字节，引脚接法为：a(Pn.0)，b(Pn.1)，c(Pn.2)，d(Pn.3)，e(Pn.4)，f(Pn.5)，g(Pn.6)，h(Pn.7)。
如果将8个发光二极管的负极（阴极）内接在一起，作为数码管的一个引脚，这种数码管则被称为共阴数码管，共同的引脚则称为共阴极，8个正极则为段极。否则，如果是将正极（阳极）内接在一起引出的，则称为共阳数码管，共同的引脚则称为共阳极，8个负极则为段极。
以单支共阴数码管为例，可将段极接到某端口Pn，共阴极接GND，则可编写出对应十六进制码的七段码表字节数据如下图：

动态显示的电路连接如下图所示：

P1口

下面，我们编程在数码管上显示出“1 2 3 4”。程序如下：
#include <reg52.h>
Code unsigned char Seg7Code[16]= //用十六进数作为数组下标，可直接取得对应的七段编码字节
// 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b C d E F
{0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71};

void main ( void )
{
unsigned int i;
while (1)
{
P2 |= 0x0f; //消隐，让数码管开始处于不亮的状态
P0 = LedCode[1]; //将“1”的代码送出
P2 &= 0xfe; //选中第一个数码管
for（i=0;i<1000;i++）;
P2 |= 0x0f;
P0 = LedCode[2];
P2 &= 0xfd;
for（i=0;i<1000;i++）;
P2 |= 0x0f;
P0 = LedCode[3];
P2 &= 0xfb;
for（i=0;i<1000;i++）;
P2 |= 0x0f;
P0 = LedCode[4];
P2 &= 0xf7;
for（i=0;i<1000;i++）;
}
}
关于DRIVER
编写DRIVER的目的是让程序能适应更多的场合，让我们的使用更加方便，大家能够把一些自己编过的有用的程序做成DRIVER便于自己以后的使用。

下面介绍显示的驱动程序：

首先，定义一个头文档 <LedDriver.H>，描述可用函数，如下：
#ifndef _ LedDriver_H _ //防止重复引用该文档，如果没有定义过符号 _KEY_H_，则编译下面语句
#define _ LedDriver_H _ //只要引用过一次，即 #include <key.h>，则定义符号 _KEY_H_
void LedPrint ( unsigned char Dat ) //数据缓冲区间，完成移位功能
void LedWork ( void ) //送数到显示数码管
#endif

然后，定义函数体文档 LedDriver.C，如下：
#include <reg52.h>
#include “LedDriver.h”
Code unsigned char LedCode[16]= //Code是表示这个数组的存储空间
{0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71};
unsigned char DisBuf[4];
void LedPrint (unsigned char Dat)
{
DisBuf[0] = DisBuf[1]; //每次用后一个数冲掉前一个数，便于扩展显示位数
DisBuf[1] = DisBuf[2];
DisBuf[2] = DisBuf[3];
DisBuf[3] = Dat;
}

void LedWork ( void )
{
static unsigned char i = 0; //static表示静态变量，指变量的赋值只在第一次定义的时候赋
P2 |= 0x0f;
P0 = LedCode[DisBuf[i]];
Switch( i ) //选择数据送到哪个管子
{
case 0: P2_0 = 0; break;
case 1: P2_1 = 0; break;
case 2: P2_2 = 0; break;
case 3: P2_3 = 0; break;
}
if (++i>=4) i = 0; //判断四位数是否都已经送完
for (m=0;m<1000;m++); //延时
}
这样DRIVER的程序就编好了，我们以后用的时候直接调用函数就能够了。

主程序能够编写如下：
#include <reg52.h>
#include “LedDriver.h”
void mian ( void )
{
LedPrint( 1 ); //调用函数，把想显示的数据送如缓存
LedPrint( 2 );
LedPrint( 3 );
LedPrint( 4 );
While( 1 )
{
LedWork( );
}
}

下面介绍一个例子供大家参考。
显示“12345678”
P1端口接8联共阴数码管SLED8的段极：P1.7接段h,…，P1.0接段a
P2端口接8联共阴数码管SLED8的段极：P2.7接左边的共阴极，…，P2.0接右边的共阴极
方案说明：晶振频率fosc=12MHz，数码管采用动态刷新方式显示，在1ms定时断服务程序中实现
#include <reg52.h>
unsigned char DisBuf[8]; //全局显示缓冲区，DisBuf[0]对应右SLED，DisBuf[7]对应左SLED，
void DisplayBrush( void )
{ code unsigned char cathode[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; //阴极控制码
code unsigned char Seg7Code[16]= //用十六进数作为数组下标，可直接取得对应的七段编码字节
{0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};
static unsigned char i=0; // （0≤i≤7） 循环刷新显示，由于是静态变量，此赋值只做一次。
P2 = 0xff; //显示消隐，以免下一段码值显示在前一支SLED
P1 = Seg7Code[ DisBuf[i] ]; //从显示缓冲区取出原始数据，查表变为七段码后送出显示
P2 = cathode[ i ]; //将对应阴极置低，显示
if( ++i >= 8 ) i=0; //指向下一个数码管和相应数据
}
void Timer0IntRoute( void ) interrupt 1
{
TL0 = -1000; //由于TL0只有8bits，因此将（-1000）低8位赋给TL0
TH0 = (-1000)>>8; //取（-1000）的高8位赋给TH0，重新定时1ms
DisplayBrush();
}
void Timer0Init( void )
{
TMOD=(TMOD & 0xf0) | 0x01; //初始化，定时器T0，工作方式1
TL0 = -1000； //定时1ms
TH0 = (-1000)>>8;
TR0 = 1; //允许T0开始计数
ET0 = 1; //允许T0计数溢出时产生中断请求
}
void Display( unsigned char index, unsigned char dataValue )
{
DisBuf[ index ] = dataValue;
}
void main( void )
{
unsigned char i;
for( i=0; i<8; i++ ){ Display(i, 8-i);区qhkode[ DisBuf[i] ]; //; f7,0xfd,0xfb,0xfe};
} //DisBuf[0]为右，DisBuf[0]为左
Timer0Init();
EA = 1； //允许CPU响应中断请求
While(1);
}

第四章 键盘驱动
单片机I/O口作为输入的前提是必须首先输出一个高电平。

char Kbhit ( void )
{
P1.0 P1_0 = 1;
if (P1_9 = = 0 ) return ( 1 );
else return ( 0 );
)
下面我们对上面的程序作个改进：
char Kbhit ( void )
{
P1 = 0xff;
if ((P1^0xff) != 0) return ( 1 );
}
一般来说，按键的时候会有抖动，我们能够用加延时的办法来去除抖动。即：
P1 =0xff;
if ((P1^0xff )!= 0)
延时20ms;
if ((P1^0xff) !=0) return (1);

4X4按键。
由P1端口的高4位和低4位构成4X4的矩阵键盘，本程序只认为单键操作为合法，同时按多键时无效。

P1.0(0xE)
P1.1(0xD)
P1.2(0xB)
P1.3(0x7)
P1.4(E)
P1.5(D)
P1.6(B)
P1.7(7)
F
E
D
C
B
A
9
8
7
6A
5
4
3
2
1
0

取键值的程序如下：
unsigned char getch ( void )
{
unsigned char X,Y,Z;
P1 = 0xf0;
X = P1;
P1 = 0x0f;
Y = P1;
Z =X | Y;
switch ( Z )
{
case 0xee: return ( 0 );
case 0xde: return ( 1 );
case 0xbe: return ( 2 );
case 0x7e: return ( 3 );
case 0xed: return ( 4 );
case 0xdd: return ( 5 );
case 0xbd: return ( 6 );
case 0x7d: return ( 7 );
case 0xeb: return ( 8 );
case 0xdb: return ( 9 );
case 0xbb: return ( 10 );
case 0x7b: return ( 11 );
case 0xe7: return ( 12 );
case 0xd7: return ( 13 );
case 0xb7: return ( 14 );
case 0x77: return ( 15 );
}
}
判断有无键按下的程序：
char Kbhit ( void )
{
P1 = 0xf0;
if (P1 = = 0xf0) return ( 0 );
else return ( 1 );
}

下面是键盘的Driver程序：
首先我们还是来写KeyDriver.h这个程序：
#ifndef _KeyDriver_h_
#define _KeyDriver_h_
char Khbit ( void );
char Getch ( void );
#endif
接着，我们来写KeyDriver.c程序
#include <reg52.h>
#include “KeyDriver.h”

char Kbhit ( void )
{
P1 = 0xf0;
if (P1 = = 0xf0) return ( 0 );
else return ( 1 );
}

unsigned char getch ( void )
{
unsigned char X,Y,Z;
P1 = 0xf0;
X = P1;
P1 = 0x0f;
Y = P1;
Z =X | Y;
switch ( Z )
{
case 0xee: return ( 0 );
case 0xde: return ( 1 );
case 0xbe: return ( 2 );
case 0x7e: return ( 3 );
case 0xed: return ( 4 );
case 0xdd: return ( 5 );
case 0xbd: return ( 6 );
case 0x7d: return ( 7 );
case 0xeb: return ( 8 );
case 0xdb: return ( 9 );
case 0xbb: return ( 10 );
case 0x7b: return ( 11 );
case 0xe7: return ( 12 );
case 0xd7: return ( 13 );
case 0xb7: return ( 14 );
case 0x77: return ( 15 );
}
}

按键显示程序如下：
#include < reg52.h >
#include “LedDriver.h”
#include “KeyDriver.h”
void main ( void )
{
unsigned char i;
for (i=1;i<5;i++)
{ LedPrint ( i );}
while ( 1 )
{
if (Kbhit( ))
{ LedPrint ( Getch( ));}
LedWork ( );
}
}

下面是另一个键盘值的算法，供大家参考。

P1.0(0xE)
P1.1(0xD)
P1.2(0xB)
P1.3(0x7)
P1.4(E)
P1.5(D)
P1.6(B)
P1.7(7)
F
E
D
C
B
A
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0

定义一个头文档 <KEY.H>，描述可用函数，如下：
#ifndef _KEY_H_ //防止重复引用该文档，如果没有定义过符号 _KEY_H_，则编译下面语句
#define _KEY_H_ //只要引用过一次，即 #include <key.h>，则定义符号 _KEY_H_
unsigned char keyHit( void ); //如果按键，则返回非０，否则返回０
unsigned char keyGet( void ); //读取按键值，如果没有按键则等待到按键为止
void keyPut( unsigned char ucKeyVal ); //保存按键值ucKeyVal到按键缓冲队列末
void keyBack( unsigned char ucKeyVal ); //退回键值ucKeyVal到按键缓冲队列首
#endif

定义函数体文档 KEY.C，如下：
＃include “key.h”
#define KeyBufSize 16 //定义按键缓冲队列字节数
unsigned char KeyBuf[ KeyBufSize ]; //定义一个无符号字符数组作为按键缓冲队列。该队列为先进
//先出，循环存取，下标从０到 KeyBufSize-1
unsigned char KeyBufWp=0; //作为数组下标变量，记录存入位置
unsigned char KeyBufRp=0; //作为数组下标变量，记录读出位置
//如果存入位置与读出位置相同，则表明队列中无按键数据
unsigned char keyHit( void )
{ if( KeyBufWp == KeyBufRp ) return( 0 ); else return( 1 ); }

unsigned char keyGet( void )
{ unsigned char retVal; //暂存读出键值
while( keyHit()==0 ); //等待按键，因为函数keyHit()的返回值为 0 表示无按键
retVal = KeyBuf[ KeyBufRp ]; //从数组中读出键值
if( ++KeyBufRp >= KeyBufSize ) KeyBufRp=0; //读位置加１，超出队列则循环回初始位置
return( retVal );
}

void keyPut( unsigned char ucKeyVal )
{ KeyBuf[ KeyBufWp ] = ucKeyVal; //键值存入数组
if( ++KeyBufWp >= KeyBufSize ) KeyBufWp=0; //存入位置加１，超出队列则循环回初始位置
}
/*****************************************************************************************
由于某种原因，读出的按键，没有用，但其它任务要用该按键，但传送又不方便。此时能够退回按键队列。就如取错了信件，有必要退回一样
******************************************************************************************/
void keyBack( unsigned char ucKeyVal )
{
/*
如果KeyBufRp=0; 减1后则为FFH，大于KeyBufSize，即从数组头退回到数组尾。或者由于干扰使得KeyBufRp超出队列位置，也要调整回到正常位置，
*/
if( --KeyBufRp >= KeyBufSize ) KeyBufRp=KeyBufSize-1;
KeyBuf[ KeyBufRp ] = ucKeyVal; //回存键值
}

#include <at89x52.h>
#include “KEY.H”
unsigned char keyScan( void ) //返回0表示无按键，或无效按键，其它值为按键编码值
{ code unsigned char keyCode[16]=
/0x0, 0x1, 0x2, 0x3, 0x4, 0x5, 0x6, 0x7, 0x8, 0x9, 0xA, 0xB, 0xC, 0xD, 0xE, 0xF
{ 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 2, 0, 3, 4, 0 };
unsigned char x, y, retVal;
P1=0x0f; //低四位输入，高四位输出0
x=P1&0x0f; //P1输入后，清高四位，作为X值
P1=0xf0; //高四位输入，低四位输出0
y=(P1 >> 4) & 0x0f; //P1输入后移位到低四位，并清高四位，作为Y值
retVal = keyCode[x]*4 + keyCode[y]; //根据本公式倒算按键编码
if( retVal==0 ) return(0); else return( retVal-4 );
}
//比如按键‘1’，得X=0x7，Y=0x7，算得retVal= 5，因此返回函数值1。
//双如按键‘7’，得X=0xb，Y=0xd，算得retVal=11，因此返回函数值7。
void main( void )
{
TMOD = （TMOD & 0xf0 ） | 0x01; //不改变T1的工作方式，T0为定时器方式1
TL0 = - 0; //计数周期为 0个主频脉，自动取低8位
TH0 = (- 0)>>8; //右移8位，实际上是取高8位
TR0=1; //允许T0开始计数
ET0=1; //允许T0计数溢出时产生中断请求
EA=1; //允许CPU响应中断请求
while( 1 ) //永远为真，即死循环
{
if( keyHit() != 0 ) //如果队列中有按键
P2=Seg7Code[ keyGet() ]; //从队列中取出按键值，并显示在数码管上
}
}
void timer0int( void ) interrupt 1 //20ms；T0的中断号为1
{ static unsigned char sts=0;
TL0 = - 0; //方式1为软件重载
TH0 = (- 0)>>8; //右移8位，实际上是取高8位
P1_0 = 1; //作为输入引脚，必须先输出高电平
switch( sts )
{
case 0: if( keyScan()!=0 ) sts=1; break; //按键则转入状态1
case 1:
if( keyScan()==0 ) sts=0; //假按错，或干扰，回状态0
else{ sts=2; keyPut( keyScan() ); } //确实按键，键值入队列，并转状态2
break;
case 2: if(keyScan()==0 ) sts=3; break; //如果松键，则转状态3
case 3:
if( keyScan()!=0 ) sts=2; //假松键，回状态2
else sts=0; //真松键，回状态0，等待下一次按键过程
}
}

第五章 中断系统应用

对于51系列单片机的中断资源在本课件中就不再多加描述 ，同学们能够参考书上的一些资料，主要在这里是介绍它的应用。

序号 中断源 中断控制位（允许否） 优先控制位 中断状态 其它
0 X0 EX0 PX0 IE0 INT0
1 Timer0 ET0 PT0 TF0 T0
2 X1 EX1 PX1 IE1 INT1
3 Timer1 ET1 PT1 TF1 T1
4 UART ES PS RXD/TXD RI/TI
5 Timer2 ET2 PT2 TF2 T2
EA

完成以下程序设计(初始化)：
要求：1、将串口中断的级别设置为最高；
2、INT0工作于边沿模式，INT1工作于电平模式，这两个中断都是从外部输入；
3、允许T1定时器中断。

#include <reg52.h>
void main ( void )
{
EA = 0;
PS = 1; PT1 = 0; PT0 = 0; PX0 = 0; PX1 = 0; //设置串口的中断级别最高
INT1 = 1; INT0 = 1; //设置外部输入中断
IT0 = 1; IT1 = 0; //设置INT0工作于边沿模式，INT1工作于电平模式
ET1 = 1; //允许定时器1中断
EX0 = 1; EX1 = 1; //允许外部中断0、1工作
ES = 1; //允许串口中断
EA = 1; //开中断
while ( 1 );
}

下面的程序为中断的具体应用，主要是针对T2定时器的中断。
#include <REG52.h>
void main( void )
{
EA = 0; //disable interrupt for system
C_T2 = 0; //time
CP_RL2 = 0; //Reload
RCAP2L = -1000; //low 8 bits
RCAP2H = (-1000)>>8; //high 8 bits
TL2 = RCAP2L; //first load to T2
TH2 = RCAP2H;
TR2 = 1; //start count
ET2 = 1; //enable Timer2 interrupt
EA = 1; //open interrupt for system
while( 1 ){;}
}

void Timer2Int( void ) interrupt 5
{
TF2 = 0;
P1 ^= 0xff;
}

下面的程序是将按键和显示放在中断服务程序中进行处理。程序内容为上课时的例子test2。
clock.h文件编写如下：
#ifndef _clock_h_
#define _clock_h_

#define SysClock 3686400

struct sClock
{
unsigned char flag;
unsigned long second; //2^32 seconds for 136 years
unsigned int ms;
};

void ClockOpen( void );
struct sClock * ClockGet( void );
//void ClockSet( struct sClock *ptr );
void ClockCall( void );

extern struct sClock gClock;

#endif
——————————————————————————————————
clock.c文件编写如下：
#include <reg52.h>
#include "clock.h"
#include "LedDriver.h"
#include "KeyDriver.h"

void ClockCall_ms( void )
{
LedTimeCall();
KeyTimeCall();
}

void ClockOpen( void ) //初始化Timer2产生1ms定时中断
{
gClock.ms=0;
gClock.second=0;

CP_RL2 = 0; //重载模式
C_T2 = 0; //定时器方式
RCAP2H = (-(SysClock/1000)) >> 8; //重载值高8位
RCAP2L = (-(SysClock/1000)) & 0x00ff; //重载值低8位
TR2 = 1; //允许定时计数
ET2 = 1; //允许Timer2中断
}

void T2int( void ) interrupt 5
{
TF2 = 0; //clear interrupt status
ClockCall_ms();
}
——————————————————————————————————————
KeyDriver.h文件编写如下：
#ifndef _KeyDriver_H_
#define _Ke