51单片机初学1-51单片机介绍

目前，单片机型号种类繁多，以其优越的控制性能在自动化控制领域占有重要地位。如今单片机无处不在，像我们的电冰箱、空调、洗衣机都是单片机在内部控制，当然，他们所用的单片机是定制的，并不是我们学习时使用的单片机。除此不同品牌的单片机芯片采用的内核也会不同，比如INTEL公司的MCS-51内核（代表芯片：AT89系列、国产STC系列等），ARM公司的高性能”Cortex-M3”内核（代表芯片：STM32系列）等。因为内核的差异，使得他们在使用中也会有所不同。

对于初学者来说，51单片机中的STC89C52是很不错的选择，因为它便宜（单片价格在8RMB左右），而且相对容易学习。接下来将以这款芯片为例介绍51单片机。

首先简单介绍这款芯片：

1.STC89C52是STC公司（中国深圳宏晶科技公司）生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器（8K对单片机来说不小了，当然不能跟我们的手机比），使用MCS-51内核，指令代码完全兼容传统8051。

2.工作电压范围很广（这里只介绍5V版本），在3.3V~5.5V之间都能工作，但是电压越高，工作电流也会更大，通俗的说，如果用单片机点亮一颗LED灯，使用5.5V供电，灯的亮度要比3.3V供电时亮，耗电也会更多。

3.通用I/O 口（4x8=32个），复位后为：P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。（除非某I/0口置零，否则它就输出高电平）

4.工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051 的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz，其工作频率取决于晶振频率，我们常用的是12MHz、11.0592MHz。

5.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序。在学习过程中，我们只要使用ISP即可，也就是制作好电路板之后，只要把RxD/P3.0,TxD/P3.1通过排针引出来，我们就可以通过USB-TTL把程序烧录到单片机，不需要再把单片机芯片从系统板上取出来。

6.共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2

其他参数就不详细介绍，其资料可自行在网上查阅。

首先需要了解这款芯片的引脚图，才能根据引脚连接各种元件。（暂时只标注常用的的功能）

接下来详细探讨各模块：

1，I/O口

I/O口即输入输出口，是单片机用来输出或者输入信号的端口。STC89C52共有四组（P0、P1、P2、P3），每组8个（每组I/O口能同时输出8位二进制数。其CPU计算时的数据宽度正好也是八位，所以该芯片为8位控制器），共32个I/O口。

单片机所有I/O口默认状态都是高点平，除非在程序里将其置0，这样的设定可以让单片机运行更稳定。

通常，I/O口都会连接上拉电阻，其目的一是使单片机运行稳定，二是提高单片机驱动能力，即让单片机能控制更大的负载。上拉电阻我们常用阻值为10K的9P排阻即可（其大小在1~10K都可，电阻小可提高驱动能力，电阻大可以降低功耗）。它有9个引脚，一个为公共端，另外八个引脚与I/O口相连。其结构及接线图如下图所示。注意，除了上拉电阻，还有下拉电阻，上拉电阻的公共端是接VCC，下拉电阻的公共端是接GND。

2.时钟电路

这里的时钟并不是我们所说的钟表，而是指一种信号（理想的时钟信号就是矩形波，或者说脉冲波）。从数字电子技术中学习知道，在逻辑电路中，必须依靠时钟信号才能工作（例如触发器，每收到一个时钟信号，就动作一次），单片机其实就可以看成就是一个集成化的逻辑电路。所以我们需要外接时钟电路，来让单片机工作。

时钟电路的核心是晶振，它是一种可以产生稳定震荡频率的电子元件。它的基本参数是震荡频率，单位为MHz，其参数决定了单片机的工作频率。其数值一般刻在晶振元件上面。常用的单片机晶振主要有12.000MHz和11.0592MHz，当程序中使用了定时器，使用11.0592MHz晶振可以定时更准确。

时钟电路除了晶振还有两个瓷片电容（30pF），这两个电阻可以起到微调频率的作用。

晶振电路有两个端口XT1和XT2，将这两个端口分别与单片机的18脚（XTAL2）、19脚（XTAL1）相连即可为单片机提供时钟信号（这两个端口没有顺序，可以随意连接）。

3.复位电路
复位电路说白了就是用来重启单片机，使单片机初始化，重新开始执行程序。当单片机因程序问题出现故障（比如程序中出现不可控的死循环），可通过复位电路向单片机第9脚RET发送一个复位信号，单片机就可自行复位。这个复位信号是一个连续2个机器周期（24个时钟周期）的高电平。也就是单片机的RES脚如果连续两个机器周期都是被置于高电平，单片机就会自动复位。

所以最简单的复位电路就是上图所示。按下开关K，VCC接入单片机RST，两个机器周期后，单片机复位。（实际使用中，你按下按钮立刻松开，这段时间已经远超过两个机器周期，所以按下复位键不需要停顿再松开）如果一直按着复位键，单片机则不会进入工作状态，只有松开复位键单片机才开始工作。

一般来说，单片机上电以后自动从程序开头执行，所有寄存器也是初始值，上电之后立即执行程序本是没有问题的。但是在一些复杂的电路中，单片机的外接电路很多，有时候会有电容电感之类的，他们上电之后并不能立即进入工作状态，他们有个“充电”过程，虽然时间短，但是单片机执行一条指令是微秒级的，很容易让单片机误判，出现意想不到的错误。如何避免这种现象？

请设想：如果单片机上电之后，不立即进入工作状态，而是停顿“一会儿”，等其他元件充电完毕，再进入工作状态，那就可以躲开上电初期的不稳定因素，从而避免误判。

那如何实现这个停顿呢？这就依赖于复位电路的上电自动复位了。

上面是单片机常用的复位电路。

其原理涉及到电路原理中的KCL定律和一阶电路的零状态响应，不感兴趣可略过。

上电后，电解电容C1充电，其电压变化为 $Uc=5(1-e^{-t/\tau })$ [式1]，

而RET处的电位即对地电压，可以看到，电阻R9的电压在数值上正好等于RET的电位，

根据基尔霍夫电压定律，R9的电压=电源电压-电容C1电压，即 $Ur=5-5\left ( 1-e^{-t/\tau } \right )=5e^{-t/\tau }$ ，

式中的τ为时间常数，其值为τ=RC=1000X22/1000000=22ms,其电压变化曲线如图（简略绘制，仅供参考）：

可以看到在很长一段时间里（其实不到20ms），Ur都保持在较高的电位，也就是RET为高电平（3.7V以上电压单片机都认为是高电平），在这段时间，足够单片机躲过上电初期的不稳定。当Ur的电压减小到不足以让单片机判定为高点平，复位失效，单片机工作。

可以看到这种复位电路也能手动复位，按下开关S1，电容C1通过R10放电，松开S1，电容C1又开始充电，其情形与上电复位相同，RET接收到高电平，单片机复位。
所以复位电路的作用一是开机自动复位，躲过上电时的不稳定；二是手动复位，在单片机运行出错时使用。

4.其他引脚

并行串口：第10、11脚是单片机的并行串口，作用就是烧录程序。注意这两脚是P3.0、P3.1复用了。烧录程序需要用到烧录工具USB-TTL。

实际的USB-TTL有很多型号，有的型号有10个引脚，但烧录程序只需用到四个（VCC、GND、RXD、TXD）。所以我们需要四根杜邦线，首先，将转换工具上的VCC、GND与单片机系统板的VCC、GND连接，然后把烧录工具的RXD与单片机的TXD连接，烧录工具的TXD与单片机的RXD连接。因为两个引脚一个是发送数据，一个是接收数据，转换工具发送数据（TXD），单片机自然是接收数据（RXD），反之同理。另外，烧录程序还需用到软件STC-ISP，这是专门用于STC系列单片机的烧录软件。

存储器选通：单片机的31脚是存储器选通EA，单片机内部存储空间很小，如果需要扩展空间，就需要用到这个功能。当EA置于高电平，单片机从内部存储器开始执行程序；当EA置于低电平，单片机则从外部存储器开始执行程序。对初学者来说，我们使用内部存储器就足够了，所以可以直接将EA接VCC。

同样，第30脚ALE为地址锁存信号，也是在有外部存储器是使用，不用时将其悬空即可；29脚PSEN为外部存储器读选通信号，同样将其悬空。另外的40脚、20脚分别接电源正极、负极（地）不用多说了。

以上纯属个人理解，如有错误，还请指出.

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