最近做比赛，需要写程序做一个智能小车。C语言的基础和编程的能力我是有的，但是我对单片机等硬件不是很了解，特意进行了一番学习。估计以后也用不了多少，特此写一篇笔记，方便后人参考学习。

我不喜欢翻着教材或视频一节一节地学习，我的学习方式是问题启发式学习：直接切入正题，遇到不会的问题就找度娘，学会之后再次进入正题，遇到问题再查阅资料，循环往复，直到走通为止~整个学习下来，虽然可能会有些漏洞，但是已经基本进入状态了。

由于我是业余的，所以难免会有错解或不妥之处，还请读者能以挑剔的眼光为我指出。

一、C语言相关

Q1：sbit与sfr代表是什么？有什么作用？

A1：sfr用来声明特殊功能的寄存器，sbit用来声明特殊功能位。

sfr占用一个内存单元(8位，取值范围为0 ~ 255 = 2^8-1。对于I/O端口来说，刚好每一位对应一个引脚)，例如sfr P0  = 0x80;这一句定义了P0端口与地址0x90对应。特殊功能的寄存器一般在开发工具(Keil)中自带的头文件，例如reg52.H中声明好了，只需要在程序中引入该头文件就好了；

w用法：sfr变量名=地址值;

w需要注意的一点是，例如P0对应的是一个”8“字型的数码管，若要显示3，则可对P0口赋值：P0 = 0x0D，若要将其熄灭，只需对其赋值：P0=0xFF。这里的值并不代表地址，而是一个16进制的数(值的前两位0x代表16进制，后两位。刚好FF代表十进制的255)。

wsfr16也是用来声明特殊功能寄存器，所不同的是它用于操作占两个字节(取值范围为0~65535)的寄存器，比如定时器T0和T1。

sbit只占用一个位，也就是说用它定义的变量只能取0和1两个值。一般用来给引脚取别名，例如sbit P1_0 = P0^1;就是定义用符号P1_0来表示P1.0引脚。 需要注意的是，一单用了sbit定义某个变量，这个变量的地址就是确定的了(不能修改了)；

w对于引脚来说，这个0和1是有物理意义的：0代表低电平，1代表高电平。而机器是不懂代码只能识别高低电平。(脑补：这样我们就打通了从代码/软件通往硬件的大路~) 高电平就是5伏正电压，低电平就是0伏，这个是理想值，实际上它也有一个范围......(参考自)

w用法1：sbit位变量名=地址值;

w用法2：sbit位变量名= SFR名称^地址值;

w用法3：sbit位变量名= SFR地址值^变量位地址值;

Q2：#define OSC_FREQ  22118400L这句宏命令里的“L”是什么意思？

A2：长整型数字在数字的后面加字母L，如104L，034L等。总结如下：

w十进制：直接用一般数字来表示，例如123，111，-999等；

w十六进制：以0x开头，如0xFF，0x01等；

w长整型：在数字后面加字母L，如104L，034L等

w浮点型：分为十进制形式和指数形式两种，统一格式为[±](数)(.数){e[±]数}，其中[ ]为可选项，( )表示二者必有其一，{ }十进制不填，指数必填。例如：3.14，-.1，+2；.3e-3，12e+3，6.66e13

w字符型：用单引号括住括住，例如'a'，'c'等。对于特殊字符，例如换行符、反斜杠等请参考C语言等教材。

w字符串：略

Q3：我粘贴了别人的代码，怎么发现没有unit这个类型？

A3：别人的代码只给了函数部分，没有给头文件中的预处理命令。可以在自己的头文件中加入：#typedef unsigned int uint;(后面要加分号)，这样就可以用uint类型来代表unsigned int类型了。

Q4：为什么好多变量都是char类型？它不是字符类型吗？怎么可以用来计数？

A4：int在8位的51单片机是占用2个字节，char在占用1个字节，所以说char类型占用空间更小。单片机的存储器很小，尽量不要浪费空间，能用小的就用小的,且一般都用无符号的。

至于它为什么可以计数，因为字符本来就是用二进制表示的，所以当你对char类型的变量赋值时(例如char a = 'A')，它(a)底层仍然是二进制，将二进制转化为十进制，当然可以用来计数。

Q4.1：51单片机中的char,int,long,float,double各占多少个字节，取值范围多大？

表：Keil uVision4面向51单片机的基本数据类型各种属性一览表

Q5：unsigned char data是什么数据类型？

A5：定义一个变量的格式为：[存储种类]数据类型[存储器类型]变量名表

在定义格式中除了触及类型和变量名表是必要的，其他都是可选项。存储种类有四种：

wauto(自动)、extern(外部)、static(静态)和register(寄存器)，默认类型为自动。

存储器类型的说明是指定该变量在C51硬件系统中所使用的存储区域，并在编译是准确定位。如果省略存储器类型，系统则会按编译模式SMALL，COMPACT或LARGE所规定的默认存储器类型去指定变量的存储区域。89C51中的存储器类型有：

wdata：可直接寻址的内部数据存储区(128B)，访问速度最快；

widata：间接寻址的内部数据存储区(256B)，允许访问全部内存地址；

wbdata：可位寻址内部数据存储区(16B)，允许位与字节混合访问；

wpdata：分页的外部数据存储区(256字节)，用MOVX @Ri指令访问；

wxdata：外部数据存储区(64KB)，用MOVX @A+DPTR指令访问；

wcode：程序存储区(64KB)，用MOVC @A+DPTR指令访问；

——《51单片机C语言入门教程》，磁动力工作室，第六课 变量

一般需要严格控制变量读取速度的时候用data。例如变量更新速度很快，或者需要很短时间内读取或者修改的变量。一般容量要求大的，但速度并没有太大要求的，放在xdata里面。

如果所有变量都不加这些关键字的话，编译器会自动分配，但编译器的分配方案并不一定是最好的。而且一般都不会非常合理。

Q6：void timer() interrupt 1 using 2是什么意思？

注：关于“中断”的详细学习放在第二节：51单片机相关

A5：关键字interrupt表示这是一个中断函数，具体的书写格式为：

void函数名() interrupt n [using m]

{ do something; }

首先需要注意的是中断函数没有参数传递其无返回值。n表示中断源，m为单片机工作寄存器编号。[using m]为非必须内容。在设计中断时，尽量让中断函数做少量的工作，这样中断服务时间短，系统可以及时的响应其他中断。有些系统如果丢失中断或对中断反应太慢将产生十分严重的后果，这时有充足的时间等待中断是十分重要的。

89C51单片机的中断系统有5个中断源，2个优先级，可以实现二级中断嵌套。(中断服务进行中再进行一次优先级更高的中断)

所以n的取值为0,1,2,3,4共5个，对应了5种中断源，这5种中断源可以分为三种类型：外部中断，定时器中断，串口中断。

w0：外部中断0(INT0)

w1：定时器0(T0)

w2：外部中断1(INT1)

w3：定时器1中断(T1)

w4：串行口中断(RX/TX)

m的取值有0,1,2,3共4个，它涉及到中断的优先权，如果用不到二级中断，using m可以不加，系统会为你自动分配。如果加可能会导致不必要的冲突。

Q7：如何写一个1ms延迟的函数？

A6：在写函数之前首先要认识到，假如采用for循环，则循环一次所花费的时间是多少？这就涉及到单片机深层的概念：机器周期。而单片机的机器周期并不是最小的周期，在计算它之前还要了解一下其他几个周期的定义：

w晶振频率OSC：单片机的最小系统中有一个晶振，它能够使得CPU跑起来，这个晶振为单片机的CPU提供主频。这个晶振的频率就称为晶振频率(外加频率)。

w时钟周期Tc：又称为“震荡周期”，它等于晶振频率的导数。这是最基础的周期。

w机器周期Tm：1机器周期= 12个震荡周期；单片机复位至少需要两个机器周期的高电平。

w指令周期Ti：执行一条指令所需的机器周期数。1指令周期= 1、2、4个机器周期；

²一条赋值语句(j = 0)2个机器周期，j是unsign char类型；

²一条判断语句(j < 1)4个机器周期，j是unsign char类型；

²一条自增/减语句(j++)1个机器周期，j是unsign char类型；

²一条空语句(循环体内)1个机器周期。

晶振频率OSC

11.0592 MHz

12.0000 MHz

时钟周期

9.04225e-5 ms

8.33333e-5 ms

机器周期

1.08507e-3 ms

1.00000e-3 ms

假如采用for循环，例如for(j=X;j>0;j--){ };这行代码有X个循环，每次循环有一条判断语句(j>0，4Tm)，一条空语句({ }，1Tm)，一条自减语句(j--，1Tm)，略去第一个循环的赋值语句(j=X，2Tm)，共6X个机器周期。略去最后一次的判断语句(j=0时，4Tm)，若要延迟一秒，只需令6X*Tm = 1，当采用12MHz的晶振时，X≈167。被略去的语句达6Tm，刚好等于一次循环所耗费的时间，所以对X进行X=X-1的修正，最终可得：X≈166。

这里讲的是j为char类型的变量，它最大只能取到255，所以要获得更大的延时，需要用到int类型。前面也学到int类型是16位的，而单片机是8位的，所以这会更加复杂。

下面给的两个延时函数。这里多说一句：我查阅网络资料发现延时1ms的程序不尽相同，甚至相差很大，如果你需要非常准确的延时，推荐你参考正规的教材或采用其他方法比如计时系统。

两种晶振的单片机，延时1ms的函数

11.0592MHz晶振

12MHz晶振

void delay_ms(unsigned int i){

unsigned int j;

for(;i>0;i--)

for(j=114;j>0;j--);

}

void delay_ms(unsigned int i){

unsigned int j;

for(;i>0;i--)

for(j=123;j>0;j--);

}

这种方法也有很大的缺点：延迟过程中，CPU被占用，无法进行其他任务，导致系统效率降低。延迟时间越长，该缺点便越明显，因此软件延时只适用于短暂延时，或简单项目。

Q8：经常看到TH0与TL0，例如TH0 = 0xD8;TL0 = 0xEF;这起什么作用？

A6：从上面的学习可知TH0与TL0是与定时器/计数器有关的SFR寄存器。这两句的含义是给定时/计数器赋初值，寄存器会按固定的时间间隔累加，当寄存器的值达到最大时会触发中断，这时可以利用中断函数进行一系列操作。而计时T就等于时间间隔*(最大值 –初值)。大概就是这个意思。

二、51单片机相关

Q1：单片机的引脚电压是多少？它的电压是由谁控制的？

A1：单片机的引脚有两种电平：高电平与低电平。高电平的电压与单片机的工作电压有关，一般有5V和3.3V两种。低电平一般为0V。

P0,P1,P2,P3又称为并行I/O端口，它的输出/入是双向的：当其作为输出时，单片机可以通过程序指令控制其为高电平1还是低电平0；当其作为输入时，单片机可以检测其是高或低电平，例如扩展了红外寻迹模块，对应的引脚的高低电平由红外模块控制，低电平0代表红外光被反射并被接收管接收，高电平1代表红外光被外界(黑线等)吸收。

P1称为端口，P1.1称为P1端口的引脚，这两个概念之间的关系就是“整体”与“个体”的关系。

Q2：P3口的8个引脚有哪些复用功能(第二功能)，默认开启吗？

A2：

当复用功能没有开启时，P3可以做为普通I/O口使用。一般情况下，复位后第二功能都是关闭的，需要设置对应寄存器才能打开。

²P3.0 RXD串行输入口

²P3.1 TXD串行输出口

²P3.2 INT0外部中断0输入口

²P3.3 INT1外部中断1输入口

²P3.4 T0定时器/计数器0外部时间脉冲输入端

²P3.5 T1定时器/计数器1外部时间脉冲输入端

²P3.6 WR外部数据存储器写脉冲

²P3.7 RD外部数据存储器读脉冲

问题解决1：程序通过USB口无法烧入单片机

我的单片机插座要用一个USB转TTL设备才能从电脑上给单片机烧程序，当时我就在P3.0和P3.1上连了其他模块，结果每次下载都失败。后来我才明白TTL插口是和单片机上的RXD,TXD连着的，下载时是开启了它们的复用功能的。

Q3：我的程序编译后生成的HEX文件超过了8k，烧进单片机不会有问题吗？

A3：HEX文件不只包含了实际的操作指令，还包含了地址代码，这个文件是为了易于下载器的理解。真正下载到单片机上的并不是HEX文件，参考下面的链接，给单片机烧入160+K的HEX文件仍然没有问题。

问题解决2：Keil生成超过8K的HEX文件会报错，提示Target

not created

这是因为你所使用的Keil没有经过注册，需要注册一下就可以生成超过8K的文件了。至于如何注册这里就不多说了。

注意：如果真的是代码量超过所选单片机的容量(STC89C52RC的容量为8K)，那么编译器在生产HEX文件时会提示xxx code limit之类的。

Q4：为了写中断程序，我需要详细了解一下中断系统。

A3：CPU在处理某一事件A时，事件B请求CPU迅速去处理，CPU暂时中断当前工作A，转去处理事件B，待CPU将事件B处理完后再返回继续处理A事件，这一过程称为中断。在这之中有几个专业名词需要解释一下：

w中断发生：事件B请求CPU迅速去处理；

w中断响应：CPU暂时中断当前工作A；

w中断服务：CPU转去处理事件B；

w中断返回：CPU再返回继续处理A事件；

w断点：程序A被中断的地方；

w中断源：引起CPU中断的根源。断源能够向CPU提出中断请求；

中断系统的结构如下图所示。

w第一列解释：INT0：外部中断0，INT1：外部中断1，T0定时器中断0，T1定时器中断0，RX、TX：串口中断(包装在一起的)。中断引起原因如下：

²INT0：P3.2引脚低电平或下降沿信号；

²T0：定时/计数器0计数回0溢出；

²INT1：P3.3引脚低电平或下降沿信号；

²T1：定时/计数器1计数0溢出；

²串行通信完成一帧数据发送或接受引起中断。

w第二列TCON解释：该列的第二列代表了五种中断源的中断标志，所谓中断标志就是“中断请求的标志”，CPU要进行中断服务，首先要判断中断请求标志，再判断中断使能标志是否Enable，最后才会响应这个中断。——

²对于外部中断，当中断到来时(引脚的电平发生变化)，硬件会自动将中断标志置为1；而对于计时器中断，中断标志的值是可以认为修改，所以可以利用这一点进行人为中断(通过软件/程序)，可以达到计数、时钟累加、自检、扫描等目的。

ü外部中断需要外部条件触发，计时器中断不用。

²需要注意的是，无论是机器中断还是人为中断，在中断服务完成后机器并不一定会清除该中断标志位(不同的MCU情况不同)，所以为安全起见，我们一般利用程序清除。

²外部中断的中断标志前(第一列)各有两个开关，对应了外部中断的两种触发方式：当IT0/IT1=0时，选择为低电平0触发；当IT0/IT1=1时，选择为下降沿触发(从高电平1过渡到低电平0的过程)。这两种触发方式有不同的效果，低电平可以持续一段时间，而电平下降却是一瞬间的事，所以两种触发方法在延时效果上不同。

w第三列IE解释：IE代表中断允许/使能寄存器，它控制了所有中断的开放和屏蔽。共有两列开关，EA是总开关(EA=1时，第二列的5个开关全部闭合)，第一列的5个开关：EX0、ET0、EX1、ET1、ES分别对应了第一列的5个中断源。

²如需开启INT0中断，需要将EX0与EA都合上，即EX0=1;EA=1;

w第四列IP解释：中断优先级控制寄存器。其中IP.7、IP.6与IP.5为保留位，其他位(PS=IP.4, PT1=IP.3,

PX1=IP.2, PT0=IP.1, PX0=IP.0)值为1时表示对应中断源具有高优先级，值为0表示其具有低优先级。

²若这5个中断源被设置为同等优先级，则按自然优先级排序依次执行中断服务。如下表所示：

89C51单片机的中断优先级有三条原则：

1、CPU同时受到几个中断时，首先响应优先级别最高的中断请求。

2、正在进行的中断服务不能被新的同级或低级的中断请求所打断。

3、正在进行的低级中断服务能被高级的中断请求所打断。

CPU响应中断的条件：1、中断源有中断请求；2、此中断的中断允许/使能标志为1；CPU开总中断(EA=1)。

程序示例1：蜂鸣器滴两次、进入中断服务——数码管显示8，延迟1秒后熄灭。

#include //预处理命令

#define Led

P0     //定义数码管显示端口

#define Buzz

P2_3   //定义蜂鸣器的端口

// 11.0592M的晶振延迟1ms。这个函数要放在Buzz_didi的上面，否则会报错。

void delay_ms(unsigned int i){

unsigned int

j;

for(;i>0;i--)

for(j=114;j>0;j--);

}

//蜂鸣器发出滴滴声

void

Buzz_didi(){

Buzz=0;

delay_ms(100);

Buzz=1;

delay_ms(300);

}

void main(){

EA  =

1;         //打开总中断开关

ET0 =

1;         //开定时器中断0

while(1){

Buzz_didi(); //蜂鸣器滴一次

Buzz_didi(); //蜂鸣器滴两次

TF0 = 1;     //定时器中断0的中断标志置1

}

}

//中断函数一般放在main函数的下面

void LED_Show8() interrupt 1{

Led =

0x01;     //数码管显示为8

delay_ms(1000); //延迟1秒钟

Led =

0xFF;     //数码管不显示

//    TF0 =

0;        //定时器中断0的中断标志置0

}

Q5：为了理解某段程序的作用，我需要详细了解一下计时/计数系统。

A5：单片机中有多个小闹钟(T0，T1；52单片机还有一个T2小闹钟)，可以用来计数、定时等。它们的结构图如下

w定时/计数器0，T0，它的触发引脚为P3.4，计数器为8位寄存器TL0和TH0，用于存放数值，TL0是低八位，TH0是高八位。当低八位计数满了之后会向高八位进一位。对于T1同理。

w配置寄存器TCON：控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志，与之相关的sbit由TF1、TR1、TF0、TR0；T2CON是T2时钟的控制寄存器，52单片机才有。

²TF0、TF1是溢出中断请求标志为，详细参考“本节 Q4：为了写中断程序，我需要详细了解一下中断系统。”

²TR0、TR1是运行控制位，TRX=1时，TX开始工作；TRX=0时，TX停止工作。TRX由软件置1或清0，所以可以用软件控制定时/计数器的启动与停止。

w配置寄存器TMOD：定时/计数器的工作方式寄存器，用来确定工作方式(M0和M1)和功能(GATE和C/T)

²C/T：定时器或计数器功能的选择位。C/T=1时为计数器，通过外部引脚P3.4或P3.5输入计数脉冲，这样可以设置外部时钟源，不过比较复杂一般不用；C/T=0时为定时器，由内部系统时钟提供计时工作脉冲。，加1计数器的计时间隔为1个机器周期(计数频率为晶振频率的1/12)。所以定时时间T =计数值N *机器周期Tm。

²GATE：门控位。当GATE=0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时/计数器工作；当GATE=1时，要用软件是TR0或TR1为1，同时外部中断引脚为高电平时，才能启动定时/计数器工作。我们一般让GATE=0。

T0、T1定时/计数器可以在四种方式下工作，由M0和M1的取值来确定。

方式1，以T0为例：定时/计数器0的实质是的由计数脉冲触发的按递增规律(即累加方式)工作的循环累加计数器，这个寄存器是16位的，由高八位的TH0与第八位的TL0组成。从预先设定的初始值开始，每来一个计数脉冲(时间间隔固定)就加计数器1，当TL0溢出后，对TH0进位，当TH0溢出后，TF0会被硬件置1，从而发出中断请求。

²溢出：当计数器的每一位都是1时，对计数器再加1就会溢出，结果就是计数器的每一位都回0。

²计数值N =溢出时计数器的值(65536=2^16)-计数初值X

²当TF0=1时，cpu可以不做响应。学习了后面的中断系统后就会知道，cpu对中断做出响应需要两个判断条件，另外一个就是开启中断使能标志：EA=1;ET0=1;

Q6：如何用定时/计数器进行1ms的延迟？

A5：定时器的操作步骤(下面的X代表0或1)：

w选择工作方式(设置M0，M1)，这里选用方式1，即M0=1;M1=0;；

w选择控制方式(设置GATE)，一般设GATE=0;；

w选择定时器还是计数器模式(设置C/T)，一般采用定时器模式即C/T=0;；

w给定时/计数器赋初值(设置THX和TLX)，注意结合一下两个公式：

²计数值N =溢出时计数器的值(65536=2^16)-计数初值X

²定时时间T =计数值N *机器周期Tm = N*12 /晶振频率

n如果频率的单位是MHz(兆赫兹)，则时间的单位为us(微秒)

²计算出初值X后将其转化为16进制，THX就等于前2个数，TLX就等于后2个数。或者将其转化为10进制，它除以256的商为THX，余数为TLX。

w开启定时器中断(ETX=1;)；

w开总中断(EA=1;)；

w打开计数器(TRX=1)。

程序示例2：定时器的配置

void TimerConfiguration(){

TMOD =

0x01;  //定时器0选择工作方式1

TH0 = 0x3C;

TL0 = 0xB0;  //设置初始值

EA  =

1;  //打开总中断

ET0 =

1;  //打开定时器0中断

TR0 =

1;  //启动定时器0

}

程序示例3：蜂鸣器持续滴滴，利用定时器完成Nms的延时，进入中断服务——数码管显示8，延迟1秒后熄灭。

#include

//预处理命令

#define

Led     P0     //定义数码管显示端口

#define

Buzz    P2_3   //定义蜂鸣器的端口

// 11.0592M的晶振延迟1ms。

void

delay_ms(unsigned int i){

unsigned int j;

for(;i>0;i--)

for(j=114;j>0;j--);

}

//初始化定时器0

void

TimerConfiguration(){

//延迟1ms的计数N的精确值为921.6，这里舍入为921

//以计数的方式，一次性最多可以延迟70ms

TMOD

= 0x01;  //定时器0选择工作方式1

TH0

= (65536-921)/256; //设置初始值

TL0

= (65536-921)%256;  //设置初始值

EA

= 1;  //打开总中断

ET0

= 1;  //打开定时器0中断

TR0

= 1;  //启动定时器0

}

unsigned int

count = 1; //用于计数

void main(){

TimerConfiguration();

while(1){

Buzz=0; delay_ms(100);

Buzz=1; delay_ms(200);

}

}

//中断函数一般放在main函数的下面

void inter_t0()

interrupt 1{

count++;

//中断一次(1ms)计数加一

TH0

= (65536-921)/256; //设置初始值

TL0

= (65536-921)%256;  //设置初始值

//TF0 = 0;    //定时器0的中断标志置0

if(count>1000){

//延迟1000ms，这里可以修改为Nms

count

= 1;      //重置计数

Led = 0x01;     //数码管显示为8

delay_ms(1000);  //延迟200ms

Led

= 0xFF;     //数码管不显示

}

}

从程序示例1与程序示例3的对比可以得出以下结论：

l利用定时器中断有两种方法，一种方法只需将定时器0的中断标志置1(TF0 = 1;即程序示例1)，另一种方法需要开启定时器0(TR0 = 1;即程序示例3)

l利用定时器进行延时，这个计时进程与main进程是并行的。

l无论采用定时器延时中断还是手动中断，中断服务与mian进程总是串行的。

l改程序的测试结果表明：有时候，当数码管显示8时，蜂鸣器是静音的；而有时候，当数码管显示8时，蜂鸣器在一直鸣响。这说明两点：

²定时器中断可以中断函数类型的延迟。

²单片机在服务中断的时候，既定的事实不会发生变化。也就是说若中断发生在蜂鸣器响的中间时刻，则蜂鸣器会一直响下去，直到中断服务返回。

Q7：单片机的有好多特殊寄存器，我需要总结一下他们的名称及用途

A6：关于8051单片机特殊功能寄存器的说明，可以查阅：

为防止链接失效，这里给出文件名：《8051,STC89C52单片机特殊功能寄存器》

下面给出第一页的预览图：