第1章 發(fā)光二極管的單燈閃爍設(shè)計(jì)

教學(xué)導(dǎo)航

1.1 單片機(jī)概述

單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱為單片機(jī)，是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A-D轉(zhuǎn)換器等電路），并且通過(guò)內(nèi)部的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線將各部分功能電路組合為一個(gè)整體，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit，MCU）。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

圖1-1 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

單片機(jī)和計(jì)算機(jī)相比，只缺少了I/O設(shè)備。一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。

由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成到復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。

現(xiàn)代人類生活中所用的每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中幾乎都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等計(jì)算機(jī)配件中都配有1～2片單片機(jī)。汽車上一般配備40多片單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作。單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC和其他計(jì)算機(jī)的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。

1.1.1 單片機(jī)的發(fā)展

單片機(jī)誕生于1971年，經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的32位300M的高速單片機(jī)。

早期的SCM單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列MCU系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大提高。隨著INTEL i960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。

而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起20世紀(jì)80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位SOC單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追20世紀(jì)90年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端的型號(hào)也只有10美元。

當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。作為掌上計(jì)算機(jī)和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用Windows和Linux操作系統(tǒng)。

1.1.2 單片機(jī)的應(yīng)用

目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置電路板，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制以及程控玩具、電子寵物等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇。

1.智能儀器

單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素以及壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（電壓表、功率計(jì)、示波器及各種分析儀等）。

2.工業(yè)控制

單片機(jī)具有體積小、控制功能強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線感知系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)以及機(jī)器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。

3.家用電器

現(xiàn)在的家用電器廣泛采用了單片機(jī)控制，從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩色電視機(jī)、其他音響視頻器材，再到電子稱量設(shè)備和白色家用電器等。

4.網(wǎng)絡(luò)和通信

現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)、電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話、集群移動(dòng)通信、無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。

5.醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域

單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途也相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)、各種分析儀、監(jiān)護(hù)儀、超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等。

6.模塊化系統(tǒng)

某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂(lè)集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理。如：音樂(lè)信號(hào)以數(shù)字的形式存于存儲(chǔ)器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂(lè)電信號(hào)（類似于聲卡）。

在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡(jiǎn)化了電路，降低了損壞、錯(cuò)誤率，也方便于更換。

7.汽車電子

單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、ABS防抱死系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)以及胎壓檢測(cè)等。

此外，單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。

1.1.3 單片機(jī)的分類

單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支領(lǐng)域，根據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家用電器型。

1.通用型/專用型

這是按單片機(jī)適用范圍來(lái)區(qū)分的。例如，80C51是通用型單片機(jī)，它不是為某種專門用途設(shè)計(jì)的；專用型單片機(jī)是針對(duì)一類產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求，在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測(cè)量控制電路。

2.總線型/非總線型

這是按單片機(jī)是否提供并行總線來(lái)區(qū)分的?？偩€型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴(kuò)展，并行外圍器件都可通過(guò)串行口與單片機(jī)連接，另外，許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成在片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線，大大節(jié)省封裝成本和芯片體積，這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。

3.控制型/家用電器型

這是按單片機(jī)大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言，工控型尋址范圍大，運(yùn)算能力強(qiáng)；用于家用電器的單片機(jī)多為專用型，通常是小封裝、低價(jià)格，外圍器件和外設(shè)接口集成度高。

1.2 MCS-51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與功能

1.2.1 MCS-51單片機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)

MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部由CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口、中斷系統(tǒng)和時(shí)鐘電路組成，MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2所示。

圖1-2 MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

1.CPU

中央處理器是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。MCS-51的CPU能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。

2.RAM

RAM用于存放計(jì)算和控制過(guò)程中的數(shù)據(jù)，單元內(nèi)的數(shù)據(jù)可讀寫，掉電后信息會(huì)丟失。MCS-51芯片中共有256個(gè)RAM單元，但其中高128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是低128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指低128單元，簡(jiǎn)稱為內(nèi)部RAM。

3.ROM

MCS-51共有4KB內(nèi)部ROM，用于存放控制單片機(jī)工作的程序、原始數(shù)據(jù)或表格，掉電后不會(huì)丟失，稱為程序存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱為內(nèi)部ROM。單片機(jī)工作之前必須先將編制好的應(yīng)用程序下載至芯片的ROM中。

4.定時(shí)/計(jì)數(shù)器

8051共有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部時(shí)鐘或外部信號(hào)的計(jì)數(shù)功能。當(dāng)設(shè)定的定時(shí)/計(jì)數(shù)數(shù)值滿足一定的條件后，定時(shí)/計(jì)數(shù)器會(huì)做出標(biāo)記通知CPU，CPU響應(yīng)后完成相應(yīng)操作。

5.并行接口

MCS-51共有4個(gè)8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。并行接口可以按8位并行方式使用，也可一位一位使用。

6.串行接口

MCS-51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，提供與外部串行輸入/輸出設(shè)備的連接或通信，只能一位一位地使用。

7.中斷系統(tǒng)

中斷系統(tǒng)提高了單片機(jī)對(duì)外部意外事件的感知能力。當(dāng)外部某一事件發(fā)生時(shí)，CPU能及時(shí)知道、響應(yīng)并進(jìn)行相應(yīng)的處理。8051共有5個(gè)中斷源，即外中斷兩個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)，串行口中斷一個(gè)。所有中斷可設(shè)置為高級(jí)和低級(jí)共兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別。

8.時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路為單片機(jī)各部件的工作提供統(tǒng)一的時(shí)鐘，使各部件能在統(tǒng)一的節(jié)拍下進(jìn)行協(xié)調(diào)一致的工作。MCS-51芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6MHz和12MHz。

1.2.2 單片機(jī)引腳排列及功能

MCS-51系列單片機(jī)40引腳雙列直插式封裝（DIP-40）的外形及引腳排列如圖1-3所示。

圖1-3 MCS-51單片機(jī)引腳及功能

1.輸入/輸出接口信號(hào)引腳

P0口：P0.0～P0.7，8位雙向I/O端口。

P1口：P1.0～P1.7，8位雙向I/O端口。

P2口：P2.0～P2.7，8位雙向I/O端口。

P3口：P3.0～P3.7，8位雙向I/O端口。

2.控制信號(hào)引腳

ALE：地址鎖存控制信號(hào)。ALE以晶振固定頻率的1/6輸出正脈沖。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制P0口輸出的低8位地址鎖存，以實(shí)現(xiàn)低8位地址和數(shù)據(jù)的隔離。

N：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在讀外部ROM時(shí)， 有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀取操作。

A：訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。當(dāng) 信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)EA信號(hào)為高電平時(shí)，對(duì)ROM的操作從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始，延至外部程序存儲(chǔ)器。

RST：復(fù)位信號(hào)。當(dāng)該引腳的信號(hào)為高電平，并延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)，完成單片機(jī)的復(fù)位，內(nèi)部相應(yīng)單元完成初始化，單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)正常工作時(shí)，RST為低電平。

3.其他信號(hào)引腳

XTAL1和XTAL2：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，用于外接石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，則XTAL2用于輸入外部振蕩脈沖，該信號(hào)直接送至內(nèi)部時(shí)鐘電路，而XTAL1必須接地。

V_SS：地線。

V_CC：+5V電源。

4.P3口接第二功能信號(hào)引腳

P3.0（RXD）：（串行數(shù)據(jù)接收）。

P3.1（TXD）：（串行數(shù)據(jù)發(fā)送）。

P3.2 ：（外部中斷0申請(qǐng)）。

P3.3 ：（外部中斷1申請(qǐng)）。

P3.4（T0）：（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入）。

P3.5（T1）：（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部輸入）。

P3.6 ：（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖）。

P3.7 ：（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖）。

5.EPROM程序存儲(chǔ)器固化

編程脈沖：ALE/PROG。

編程電壓（25V）： 。

備用電源引入：RST/V_PD。

另外，對(duì)于AT89S51芯片，內(nèi)部包含F(xiàn)lash ROM，P1.5、P1.6和P1.7用于程序固化（下載）使用，與內(nèi)部EPROM的芯片下載不同。

1.2.3 單片機(jī)存儲(chǔ)器、寄存器結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)空間一般分為存放程序和存放數(shù)據(jù)兩類，存儲(chǔ)配置有兩種典型結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)和普林斯頓結(jié)構(gòu)。哈佛結(jié)構(gòu)的程序空間（ROM）和數(shù)據(jù)空間（RAM）分為兩個(gè)隊(duì)列尋址。普林斯頓結(jié)構(gòu)的程序空間（ROM）和數(shù)據(jù)空間（RAM）同在一個(gè)空間隊(duì)列尋址。

本書介紹的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，單片機(jī)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。MCS-51系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器分為ROM和RAM兩類。MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部有4KB的ROM，最大可擴(kuò)展到64KB，所以可使用的最大程序空間為64KB；內(nèi)部有128B的RAM，還可以擴(kuò)展外部RAM共64KB。訪問(wèn)外部設(shè)備與訪問(wèn)RAM一樣，外部設(shè)備是與RAM統(tǒng)一編址的。MCS-51系列單片機(jī)可訪問(wèn)的片外RAM和外設(shè)單元共64KB。MCS-51系列單片機(jī)對(duì)ROM的訪問(wèn)和片內(nèi)RAM的訪問(wèn)是用不同指令實(shí)現(xiàn)的。

從物理空間看，單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，分為4個(gè)部分，即片內(nèi)ROM、片外ROM、片內(nèi)RAM和片外RAM。但從邏輯空間上看，實(shí)際上存在3個(gè)獨(dú)立的空間。片內(nèi)、片外的程序存儲(chǔ)器在同一個(gè)邏輯空間，它們的地址為0x0000～0xffff（64KB），是連續(xù)的；片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器占一個(gè)邏輯空間，地址為0x00～0xff（256B）；片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器占一個(gè)邏輯空間，地址為0x0000～0xffff（64KB）。MCS-51系列單片機(jī)會(huì)用不同的指令去訪問(wèn)不同的存儲(chǔ)器空間。

1.低128個(gè)單元內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)

MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）共有256個(gè)單元，通常把256個(gè)單元分成兩部分：低128個(gè)單元（0x00～0x7f）和高128個(gè)單元（0x80～0xff）。

圖1-4 單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

低128個(gè)單元內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器按用途分為寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶數(shù)據(jù)區(qū)3個(gè)區(qū)域：

寄存器區(qū)MCS-51系列單片機(jī)共有4組工作寄存器，每組8個(gè)單元，用R0～R7編號(hào)。它們用來(lái)暫存數(shù)據(jù)及中間結(jié)果，使用靈活。4組工作寄存器占用內(nèi)部RAM的0x00～0x1f單元。在某一時(shí)刻，CPU只能使用其中的一組工作寄存器（稱為當(dāng)前寄存器）。它由程序狀態(tài)寄存器（PSW）中的RS1、RS0位的狀態(tài)決定。單片機(jī)復(fù)位后，RS1和RS0默認(rèn)為工作寄存器0組。

位尋址區(qū)內(nèi)部RAM的0x20～0x2f單元既可以字節(jié)尋址，作為一般的RAM單元使用，又可以位尋址，進(jìn)行布爾操作。在使用C51編程時(shí)，程序所定義的位變量會(huì)被分配在此處空間，最多可以定義128個(gè)位變量。

用戶數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)部RAM的0x30～0x7f單元是提供用戶使用的數(shù)據(jù)區(qū)。用戶的數(shù)據(jù)存放在此區(qū)域，在實(shí)際使用時(shí)，常把堆棧開(kāi)辟在此。在使用C51編程時(shí)定義data存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類型變量將分配在此段RAM空間，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)定的堆?？臻g也在此段RAM空間。

2.高128個(gè)單元特殊功能寄存器（SFR）區(qū)

對(duì)于MCS-51系列單片機(jī)，在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器0x80～0xff的高128個(gè)單元中，特殊功能寄存器只占用其中的21個(gè)單元，其余單元無(wú)定義，用戶不能對(duì)這些單元進(jìn)行讀寫操作。MCS-51系列單片機(jī)可尋址的特殊功能寄存器見(jiàn)表1-1。

表1-1 特殊功能寄存器

程序計(jì)數(shù)器（PC）用于控制程序的執(zhí)行，不是特殊功能寄存器（SFR）。PC存放將要執(zhí)行程序的地址，它有自動(dòng)加1的功能。單片機(jī)根據(jù)PC的內(nèi)容取指令執(zhí)行，PC沒(méi)有地址，不能賦值，只能通過(guò)轉(zhuǎn)移指令改變其內(nèi)容。

下面介紹一些SFR的用途，其他SFR在后面的章節(jié)中介紹。如果能熟練地掌握這些SFR的使用，也就掌握了MCS-51系列單片機(jī)的基本技術(shù)。

1）累加器A。

累加器A為8位寄存器，它是使用最頻繁的寄存器，功能較多，地位重要，直接與運(yùn)算器打交道。CPU中的算術(shù)和邏輯運(yùn)算都要通過(guò)累加器A。MCS-51系列單片機(jī)大部分指令的操作都取自累加器A。

2）寄存器B。

寄存器B為8位寄存器，主要用于乘法和除法運(yùn)算，也可以作為暫存器使用。在乘法運(yùn)算中，乘數(shù)存于寄存器B中，被乘數(shù)存于累加器A中。乘法運(yùn)算后，乘積的高8位存于寄存器B中，低8位存于累加器A中。在除法運(yùn)算中，除數(shù)存于寄存器B中，被除數(shù)存于累加器A中。除法運(yùn)算后，余數(shù)存于寄存器B中，商存于累加器A中。

3）程序狀態(tài)寄存器。

程序狀態(tài)寄存器（PSW）為8位寄存器，存放程序執(zhí)行過(guò)程中的各種狀態(tài)信息。有些位是根據(jù)程序的執(zhí)行結(jié)果由硬件自動(dòng)設(shè)置的，有些位由軟件設(shè)置。程序狀態(tài)寄存器在程序的運(yùn)行過(guò)程中占有重要的地位，各位的具體含義見(jiàn)表1-2。

表1-2 程序狀態(tài)寄存器的位表

進(jìn)位標(biāo)志位（CY）：進(jìn)位標(biāo)志位（CY）是最常用的標(biāo)志位，常用于表示最高位向前的進(jìn)位和借位及位運(yùn)算。在加、減法運(yùn)算中，如果操作結(jié)果在最高位有進(jìn)位（加法運(yùn)算時(shí)）或有借位（減法運(yùn)算時(shí)），則該位由硬件置“1”，否則清“0”。在布爾運(yùn)算中，位傳送、位與、位或等操作都是通過(guò)進(jìn)位標(biāo)志位實(shí)現(xiàn)的。

輔助進(jìn)位標(biāo)志位（AC）：它也稱為半進(jìn)位標(biāo)志。在進(jìn)行算術(shù)加、減法運(yùn)算中，當(dāng)?shù)?位向高4位有進(jìn)位（加法運(yùn)算時(shí)）或有借位（減法運(yùn)算時(shí)），則該位由硬件置“1”，否則清“0”。

用戶標(biāo)志位F0、F1：其功能與內(nèi)部RAM中可位尋址區(qū)的各位相似。

RS1、RS0：它為工作寄存器組選擇位，用于選擇CPU當(dāng)前使用的寄存器組。具體定義見(jiàn)表1-3。單片機(jī)復(fù)位后，RS1、RS0為00，即當(dāng)前工作寄存器組為第0組。

表1-3 工作寄存器的地址表

溢出標(biāo)志位（OV）：它反映運(yùn)算結(jié)果是否溢出，一般用于帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算結(jié)果的判別，由硬件根據(jù)運(yùn)算結(jié)果自動(dòng)設(shè)置。

奇偶標(biāo)志位（P）：它反映累加器A的奇偶性。如果累加器A中有奇數(shù)個(gè)“1”，則該位由硬件置“1”，否則清“0”。它完全由累加器A中的內(nèi)容來(lái)決定。MCS-51單片機(jī)的校驗(yàn)為偶校驗(yàn)。

4）堆棧指針。

堆棧用來(lái)暫存數(shù)據(jù)，按照“先進(jìn)后出”的原則存取數(shù)據(jù)，一端固定（棧底）、一端浮動(dòng)（棧頂）。MCS-51在片內(nèi)RAM中專門開(kāi)辟出一個(gè)區(qū)域（一組連續(xù)的存儲(chǔ)單元）作為堆棧區(qū)，用堆棧指針（SP）來(lái)表示堆棧的位置。

系統(tǒng)復(fù)位后，SP的內(nèi)容為0x07，堆棧設(shè)在0x07處，程序初始化時(shí)SP可設(shè)置不同的值，因此堆棧位置是浮動(dòng)的，SP的內(nèi)容一經(jīng)確定，堆棧的位置也就確定下來(lái)。堆棧必須設(shè)在片內(nèi)的RAM區(qū)，采用C51編譯系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)設(shè)置SP的內(nèi)容。

5）數(shù)據(jù)指針寄存器。

數(shù)據(jù)指針寄存器（DPTR）是16位寄存器，用于存放16位的數(shù)據(jù)或地址。數(shù)據(jù)指針寄存器一般用于訪問(wèn)片外RAM或程序存儲(chǔ)器，也可以分成兩個(gè)8位寄存器使用，即存放高8位的寄存器DPH和存放低8位的寄存器DPL。

3.內(nèi)部程序存儲(chǔ)器

MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）用于存放編制好的程序和表格常數(shù)。有些單元具有特殊的功能，使用時(shí)應(yīng)加以注意。ROM的低地址空間0x0000～0x002a單元被保留，留給上電復(fù)位后的引導(dǎo)程序的地址及5個(gè)中斷服務(wù)程序的入口地址。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，主程序的存放是從0x002b單元后開(kāi)始的。

1）0x0000～0x0002系統(tǒng)復(fù)位后，PC=0x0000，程序從0x0000單元開(kāi)始取指令執(zhí)行。

2）0x0003～0x002a共40個(gè)單元，被分成5段，作為5個(gè)中斷源的中斷入口地址。中斷響應(yīng)后，按中斷種類，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各中斷區(qū)的首地址去執(zhí)行程序，因此在中斷地址區(qū)中理應(yīng)存放中斷服務(wù)程序。但通常情況下，8個(gè)單元難以存下一個(gè)完整的中斷服務(wù)程序，在C51編譯器中，不同的中斷入口對(duì)應(yīng)相應(yīng)的中斷向量函數(shù)。

0x0003：外部中斷0中斷入口地址，C51對(duì)應(yīng)的中斷向量為interrupt 0。

0x000b：定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中斷入口地址，C51對(duì)應(yīng)的中斷向量為interrupt 1。

0x0013：外中斷1中斷入口地址，C51對(duì)應(yīng)的中斷向量為interrupt 2。

0x001b：定時(shí)/計(jì)數(shù)器1中斷入口地址，C51對(duì)應(yīng)的中斷向量為interrupt 3。

0x0023：串行中斷入口地址，C51對(duì)應(yīng)的中斷向量為interrupt 4。

相關(guān)資料查詢單片機(jī)數(shù)據(jù)手冊(cè)。

1.2.4 單片機(jī)I/O端口

MCS-51單片機(jī)有4個(gè)8位并行雙向I/O端口P0～P3，共32根I/O線。每一根I/O線能獨(dú)立用作輸入或輸出。

1）P0端口。

P0由一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)輸出緩沖器，輸出驅(qū)動(dòng)電路及控制電路組成。P0口作為I/O口使用時(shí)，應(yīng)接上拉電阻，CPU內(nèi)部發(fā)出控制信號(hào)低電平封鎖與門，使輸出驅(qū)動(dòng)電路上方的場(chǎng)效應(yīng)晶體管截止，同時(shí)又使多路開(kāi)關(guān)MUX把鎖存器Q與輸出驅(qū)動(dòng)電路下方的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極連通，Q為1時(shí)場(chǎng)效應(yīng)晶體管導(dǎo)通，為0時(shí)截止。通道選擇器的控制信號(hào)為1時(shí)，開(kāi)關(guān)接通上側(cè)，為0時(shí)接通下側(cè)。P0口是雙向口。P0口有兩個(gè)三態(tài)輸入緩沖器用于讀操作。下方的三態(tài)緩沖器用于讀引腳信號(hào)，上方的三態(tài)緩沖器用于讀端口鎖存器的內(nèi)容。由兩類指令分別產(chǎn)生讀引腳和讀鎖存器的脈沖，用于選通三態(tài)緩沖器。當(dāng)執(zhí)行一條讀引腳指令時(shí)，讀引腳脈沖把下方三態(tài)緩沖器打開(kāi)，這時(shí)端口引腳上的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)該緩沖器讀入到內(nèi)部總線。有時(shí)，端口已處于輸出狀態(tài)，CPU的某些操作是先將端口原數(shù)據(jù)讀入，經(jīng)過(guò)運(yùn)算修改后，再寫到端口輸出，這類指令讀入的數(shù)據(jù)是鎖存器的內(nèi)容，可能改變其值，然后重新寫入端口鎖存器，稱為“讀—改—寫”指令。

在擴(kuò)展系統(tǒng)中，P0口作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)可分為兩種情況：一種是以P0口引腳輸出地址/數(shù)據(jù)信息。這時(shí)CPU內(nèi)部發(fā)出的控制信號(hào)高電平打開(kāi)與門，同時(shí)又使多路開(kāi)關(guān)MUX把CPU內(nèi)部地址/數(shù)據(jù)線經(jīng)反相與輸出驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管V2的柵極接通，輸出驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管V1、V2構(gòu)成推拉式輸出電路，其負(fù)載能力大大加強(qiáng)；另一種情況由P0輸入數(shù)據(jù)，這時(shí)輸入信號(hào)是從引腳通過(guò)輸入緩沖器進(jìn)入內(nèi)部總線。當(dāng)P0口被用作地址/數(shù)據(jù)線時(shí)，就無(wú)法再作I/O口使用了。

某些系列單片機(jī)兼容MCS-51單片機(jī)，但在某些功能方面做了修改，如STC廠家生產(chǎn)的51系列單片機(jī)的P0口內(nèi)部連接了上拉電阻。P0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。

圖1-5 P0口內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2）P1口。

P1口在電路結(jié)構(gòu)上與P0口有所不同，其輸出驅(qū)動(dòng)電路場(chǎng)效應(yīng)晶體管接有上拉電阻。P1口作為通用I/O使用。當(dāng)P1口作用輸入時(shí)，也必須先寫入鎖存器，再讀引腳狀態(tài)。P1口是準(zhǔn)雙向口。當(dāng)P1口用作輸出時(shí)，不必外接上拉電阻。P1端口結(jié)構(gòu)如圖1-6所示。

8051的P1、P2、P3端口輸出驅(qū)動(dòng)器接有上拉電阻作負(fù)載，用作輸入時(shí)，端口引腳拉成高電平，它們都是準(zhǔn)雙向口。

3）P2口。

P2口的位結(jié)構(gòu)比P1口多了一個(gè)控制轉(zhuǎn)換部分。當(dāng)P2口作通用I/O時(shí)，多路開(kāi)關(guān)MUX使鎖存器輸出端Q與輸出驅(qū)動(dòng)輸入端接通，構(gòu)成一個(gè)準(zhǔn)雙向口。在擴(kuò)展系統(tǒng)中，P2口輸出高8位地址。此時(shí)MUX在CPU控制下轉(zhuǎn)向內(nèi)部地址線，使高8位地址碼通過(guò)輸出驅(qū)動(dòng)器送到P2端口引腳上。P2端口結(jié)構(gòu)如圖1-7所示。

圖1-6 P1端口結(jié)構(gòu)

圖1-7 P2端口結(jié)構(gòu)

4）P3口。

P3口也是多功能口。當(dāng)?shù)诙敵龉δ芏吮３指唠娖綍r(shí)，打開(kāi)與非門，鎖存器輸出可通過(guò)與非門和輸出驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管送至引腳端，這是用作通用I/O口輸出的情況。輸入時(shí)，仍通過(guò)三態(tài)緩沖器讀出引腳信號(hào)。P3端口結(jié)構(gòu)如圖1-8所示。

在P3口用于第二功能的情況下，輸出時(shí)，鎖存器輸出Q=1。打開(kāi)與非門，第二功能輸出端內(nèi)容通過(guò)與非門和輸出驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管送至端口引腳，輸入時(shí)，端口引腳的第二功能信號(hào)通過(guò)緩沖器送到內(nèi)部第二輸入功能端。

1.2.5 單片機(jī)時(shí)鐘結(jié)構(gòu)

圖1-8 P3端口結(jié)構(gòu)

在MCS-51芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路，常用單片機(jī)時(shí)鐘電路結(jié)構(gòu)如圖1-9所示。一般地，電容C1和C2取30pF左右，晶體的振蕩頻率范圍是1.2～12MHz，某些高速單片機(jī)芯片的時(shí)鐘頻率已達(dá)40MHz。晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。MCS-51在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率為6MHz或12MHz，使用串口通信的單片機(jī)電路通常使用11.0592MHz的晶振。傳統(tǒng)MCS-51單片機(jī)的晶振經(jīng)過(guò)12分頻后作為內(nèi)部時(shí)鐘，為CPU、定時(shí)器等功能模塊提供時(shí)鐘源。STC單片機(jī)的時(shí)鐘可以不分頻，為CPU提供時(shí)鐘源，理論上是傳統(tǒng)MCS-51單片機(jī)速度的12倍。在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，應(yīng)當(dāng)引入唯一的公用外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的振蕩脈沖。這時(shí)，外部的脈沖信號(hào)是經(jīng)XTAL2引腳注入，外部時(shí)鐘源接法如圖1-10所示。

單片機(jī)執(zhí)行指令的最小時(shí)間單位為時(shí)鐘周期，傳統(tǒng)的MCS-51單片機(jī)的時(shí)鐘周期的頻率為晶振頻率的1/12，STC系列單片機(jī)的時(shí)鐘速度是傳統(tǒng)單片機(jī)的12倍，指令執(zhí)行速度更快。

圖1-9 常用單片機(jī)時(shí)鐘電路結(jié)構(gòu)

圖1-10 外部時(shí)鐘源接法

1.2.6 單片機(jī)復(fù)位結(jié)構(gòu)

單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。例如復(fù)位后PC=0000H，使單片機(jī)從首地址0000H開(kāi)始重新執(zhí)行程序。無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。

1.復(fù)位條件

必須使RST引腳（9）加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)振蕩周期）的高電平。例如，若時(shí)鐘頻率為12MHz，每機(jī)器周期為1μs，則需2μs以上的高電平。

2.復(fù)位電路

單片機(jī)常見(jiàn)的復(fù)位電路如圖1-11所示。圖1-11a為上電復(fù)位電路，它是利用電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在接電瞬間，RESET端的電位與VCC相同，隨著充電電流的減少，RESET的電位逐漸下降。只要保證RESET為高電平的時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期，便能正常復(fù)位。圖1-11b為按鍵復(fù)位電路。該電路除具有上電復(fù)位功能外，在按下RESET復(fù)位鍵時(shí)，電源經(jīng)電阻R1、R2分壓，在REAET端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位高電平，也能夠是單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位。

圖1-11 單片機(jī)常見(jiàn)的復(fù)位電路

a）上電復(fù)位電路 b）按鍵復(fù)位及上電復(fù)位電路

3.復(fù)位狀態(tài)

復(fù)位后，片內(nèi)各專用寄存器狀態(tài)如下：

1.3 發(fā)光二極管閃爍設(shè)計(jì)

1.3.1 單片機(jī)控制的發(fā)光二極管閃爍電路結(jié)構(gòu)

單片機(jī)控制的發(fā)光二極管電路如圖1-12所示。圖中發(fā)光二極管VD1的陽(yáng)極由晶體管9012驅(qū)動(dòng)，當(dāng)單片機(jī)的P3口的高4位P3.7～P3.4輸出“1000”時(shí)，74LS154的輸出端“Y8”輸出低電平，晶體管VT9導(dǎo)通，在此種情況下當(dāng)單片機(jī)的P2.0端口輸出“0”時(shí)則發(fā)光二極管點(diǎn)亮，當(dāng)P2.0輸出“1”則發(fā)光二極管熄滅。當(dāng)P2.0周期性的輸出“0”和“1”則可以看到發(fā)光二極管進(jìn)行“亮”與“滅”的閃爍。根據(jù)發(fā)光二極管電路的結(jié)構(gòu)，在PC上編寫單片機(jī)控制程序，編譯后生成單片機(jī)的CPU可執(zhí)行的機(jī)器碼，并將生成的機(jī)器碼寫入單片機(jī)的FLASHROM中，單片機(jī)啟動(dòng)后執(zhí)行FLASHROM中的程序。CPU所執(zhí)行的每條指令都是編寫的用戶程序。由于MCS-51單片機(jī)的軟硬件資源有限，因此單片機(jī)系統(tǒng)不像PC系統(tǒng)通過(guò)操縱系統(tǒng)來(lái)管理軟硬件資源，所有的軟硬件資源都由用戶程序直接管理，由CPU根據(jù)用戶所編寫的單片機(jī)程序來(lái)執(zhí)行任務(wù)。

圖1-12 單片機(jī)控制的發(fā)光二極管電路

1.3.2 偉福編譯系統(tǒng)編譯單片機(jī)程序

1.設(shè)置仿真器參數(shù)

單片機(jī)程序編譯調(diào)試程序種類有很多，中文編譯界面的集成系統(tǒng)有偉福編譯環(huán)境。使用該編譯系統(tǒng)可以通過(guò)仿真器進(jìn)行程序的單步、跟蹤、設(shè)置斷點(diǎn)等方式直接調(diào)試設(shè)計(jì)程序。通過(guò)官方網(wǎng)站下載安裝后，直接雙擊快捷方式圖標(biāo)啟動(dòng)。偉福編譯器啟動(dòng)界面如圖1-13所示。單擊界面上的仿真器設(shè)置按鈕，在圖1-14所示的界面中設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，仿真器選項(xiàng)設(shè)置如圖1-14所示，選擇硬件仿真類型為“V5/S”，仿真頭為“POD-H8X5X”，具體單片機(jī)型號(hào)選擇為ATMEL公司的“AT89S51”單片機(jī)。仿真頭的晶振頻率默認(rèn)為12MHz。如果使用偉福公司的仿真器進(jìn)行程序調(diào)試，則將仿真器選擇選項(xiàng)的“√”去掉，如果沒(méi)有仿真器實(shí)物，要設(shè)置該選項(xiàng)有效，可以通過(guò)編譯環(huán)境進(jìn)行虛擬調(diào)試，但對(duì)于一些器件的交互式操作則不能實(shí)現(xiàn)仿真功能。仿真器的編譯語(yǔ)言設(shè)置如圖1-15所示。

圖1-13 偉福編譯器啟動(dòng)界面

在圖1-15所示的語(yǔ)言界面下設(shè)置編譯器使用編程語(yǔ)言選項(xiàng)，使用C51編寫單片機(jī)程序方便快捷。可以使用Keil的C51編譯器，在編譯器路徑中指定C51所在的路徑。如果使用匯編語(yǔ)言編寫單片機(jī)程序則可以不設(shè)置該選項(xiàng)。

2.編寫單片機(jī)程序

設(shè)置仿真器后可以進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，本書采用C51編寫單片機(jī)設(shè)計(jì)程序。新建源文件“main.c”過(guò)程如下：執(zhí)行菜單命令“文件”→“新建文件”，然后保存文件，將文件名設(shè)置為“main.c”，文件名的擴(kuò)展名需要設(shè)置為“.C”。在執(zhí)行C程序過(guò)程中，首先從“main（）”函數(shù)開(kāi)始執(zhí)行。新建源文件界面如圖1-16所示。在源文件中輸入程序代碼，代碼如下：

圖1-14 仿真器選項(xiàng)設(shè)置

圖1-15 仿真器的編譯語(yǔ)言設(shè)置

程序代碼的內(nèi)容中“#include＜reg51.h＞”的功能為添加功能頭文件，C51編譯器為MCS-51單片機(jī)的特殊功能寄存器進(jìn)行了定義，使用該行代碼可以直接使用“reg51.h”頭文件中定義的特殊功能寄存器。

“sbit LED=P2^0；”定義LED變量代表了P2端口的P2.0，直接對(duì)“LED”的任何操作即是對(duì)P2.0進(jìn)行操作，而采用宏定義的方式定義對(duì)P2.0的置1，清0，取反等操作更有利于程序在不同硬件系統(tǒng)中的移植。

“void Delay_Nms（unsigned int n）；”為函數(shù)聲明，該函數(shù)為延時(shí)nms的延時(shí)函數(shù)。該函數(shù)定義在“main（）”后，而在“main（）”中調(diào)用了該函數(shù)，因此必須在“main（）”函數(shù)之前對(duì)該函數(shù)進(jìn)行聲明。

“main（）”函數(shù)首先進(jìn)行初始化操作，將P3口的P3.7～P3.4設(shè)置為“1000”，而確保74LS154的Y8輸出為0，從而使VT9導(dǎo)通，確保了二極管能夠被點(diǎn)亮。由于while語(yǔ)句的條件為真，CPU而后始終執(zhí)行while循環(huán)語(yǔ)句，while語(yǔ)句功能為將P2.0的輸出狀態(tài)取反一次，而后延時(shí)500ms。循環(huán)執(zhí)行該while語(yǔ)句，結(jié)果是發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)了周期為1s的閃爍功能。

圖1-16 新建源文件界面

3.單片機(jī)程序的編譯

源程序編寫后，需要進(jìn)行編譯。編譯單片機(jī)程序需要建立一個(gè)完整的項(xiàng)目。執(zhí)行菜單命令“文件”→“新建項(xiàng)目”，在彈出的圖1-17所示的窗口中選擇加入的源文件，新建項(xiàng)目中加載源文件如圖1-17所示，加入新建的源文件“main.c”，而后在彈出的窗口中加入項(xiàng)目包含的頭文件，在圖1-18所示的窗口中選擇頭文件，如果不需要加入頭文件則單擊“取消”按鈕，本項(xiàng)目中不需要加入其他頭文件，選擇“取消”按鈕，在彈出圖1-19所示的窗口中選擇保存的項(xiàng)目的名稱與路徑，保存項(xiàng)目窗口如圖1-19所示，將項(xiàng)目名稱設(shè)置為“LED_FALSH”，并將項(xiàng)目路徑與源文件路徑設(shè)置為同一路徑。保存項(xiàng)目用鼠標(biāo)后雙擊圖1-20所示的“main.c”源文件打開(kāi)項(xiàng)目中的源文件。鼠標(biāo)右鍵單擊“模塊文件”選項(xiàng)可以添加或移除源文件，項(xiàng)目中源文件管理操作如圖1-21所示。鼠標(biāo)右鍵單擊“包含文件”選擇可以添加或移除頭文件。

圖1-17 新建項(xiàng)目中加載源文件

圖1-18 加載頭文件窗口0

圖1-19 保存項(xiàng)目窗口

圖1-20 新建的項(xiàng)目窗口

圖1-21 項(xiàng)目中源文件管理操作

執(zhí)行菜單命令“項(xiàng)目”→“全部編譯”，編譯系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行編譯，在消息窗口中顯示編譯的消息結(jié)果，當(dāng)程序無(wú)任何錯(cuò)誤后，編譯器將生成“LED_FLASH.HEX”文件，將該文件下載到單片機(jī)，單片機(jī)執(zhí)行程序后將看到對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管進(jìn)行周期約為1s的閃爍操作，項(xiàng)目編譯操作如圖1-22所示。

圖1-22 項(xiàng)目編譯操作

4.單片機(jī)程序的調(diào)試

程序編譯后，如果連接了仿真器，可以通過(guò)調(diào)試工具對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，可以進(jìn)行跟蹤調(diào)試、單步調(diào)試、連續(xù)調(diào)試以及復(fù)位等操作，通過(guò)項(xiàng)目觀察窗口可以觀察I/O端口、寄存器、定義的變量的數(shù)值變化。單擊圖1-23所示的單步調(diào)試按鈕，則單步調(diào)試單片機(jī)程序，圖1-23中箭頭所指的位置為即將執(zhí)行的程序位置，每單擊一次單步運(yùn)行按鈕則執(zhí)行一行程序，如果遇到函數(shù)調(diào)用則完成單次的函數(shù)調(diào)用；跟蹤運(yùn)行按鈕遇到函數(shù)調(diào)用則進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部進(jìn)行單步運(yùn)行，單擊連續(xù)運(yùn)行則CPU連續(xù)運(yùn)行單片機(jī)程序；單擊復(fù)位按鈕則回到起始位置執(zhí)行程序。在調(diào)試過(guò)程中如果希望執(zhí)行到某一行停下來(lái)，可以在某行插入斷點(diǎn)，先將光標(biāo)設(shè)置在需要插入斷點(diǎn)的行，然后執(zhí)行菜單命令“執(zhí)行”→“設(shè)置或取消斷點(diǎn)”，單擊連續(xù)運(yùn)行按鈕則程序運(yùn)行到設(shè)置斷點(diǎn)的位置停下來(lái)。通過(guò)項(xiàng)目的觀察窗口可以觀察調(diào)試過(guò)程中參數(shù)的變化，如本項(xiàng)目可以通過(guò)觀察P2、P3口的變化來(lái)驗(yàn)證程序的調(diào)試結(jié)果。

圖1-23 程序調(diào)試界面

在調(diào)試過(guò)程中可以執(zhí)行菜單命名“外設(shè)/端口”單獨(dú)將P0～P3端口的狀態(tài)顯示出來(lái)，設(shè)置觀察外設(shè)狀態(tài)如圖1-24所示，單片機(jī)復(fù)位后P0～P3端口的電位均為高電平，也可以將定時(shí)器、串口、中斷等外設(shè)顯示出來(lái)。

在沒(méi)有使用仿真器的情況下可以使用該仿真功能觀察I/O端口的變化，在調(diào)試過(guò)程中觀察外設(shè)端口電平如圖1-25所示在程序執(zhí)行的所在位置對(duì)應(yīng)P3口、P2口的輸出電平。

圖1-24 設(shè)置觀察外設(shè)狀態(tài)

圖1-25 在調(diào)試過(guò)程中觀察外設(shè)端口電平

1.4 習(xí)題

1.MCS-51單片機(jī)的基本組成包括哪幾部分？

2.MCS-51單片機(jī)的P0口的功能包括哪些？

3.MCS-51單片機(jī)的P0口作為I/O端口使用時(shí)需要如何進(jìn)行處理？

4.MCS-51單片機(jī)P1口的功能有哪些？

5.MCS-51單片機(jī)P2口的功能有哪些？

6.MCS-51單片機(jī)P3口的功能有哪些？

7.MCS-51單片機(jī)的常用復(fù)位方式有哪幾種？

8.MCS-51單片機(jī)復(fù)位后P0～P3口輸出的狀態(tài)是哪種狀態(tài)？