[学习笔记]15个QA让你快速入门51单片机开发

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)。

w sfr16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https://zhidao.baidu.com/question/266456228.html）

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;

w 3种用法参考自：https://blog.csdn.net/guzicheng/article/details/7242981

关于8051单片机特殊功能寄存器的说明，可以查阅：

https://wenku.baidu.com/view/6f7b242c0975f46526d3e1aa.html?from=search

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》

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。

参考：https://zhidao.baidu.com/question/342140311.html

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

参考：http://blog.sina.com.cn/s/blog_6ac7328f0102uzd2.html

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：

w auto（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：

w data ：可直接寻址的内部数据存储区（128B），访问速度最快；

w idata：间接寻址的内部数据存储区（256B），允许访问全部内存地址；

w bdata：可位寻址内部数据存储区（16B），允许位与字节混合访问；

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

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

w code ：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。

参考：https://bbs.csdn.net/topics/360163178

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。

w 0：外部中断0（INT0）

w 1：定时器0（T0）

w 2：外部中断1（INT1）

w 3：定时器1中断（T1）

w 4：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。

² https://zhidao.baidu.com/question/89303563.html

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。

参考：https://zhidao.baidu.com/question/89303563.html

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--); }

参考：https://blog.csdn.net/feike24/article/details/52357772

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。

参考：https://www.bilibili.com/video/av15466938/?p=20

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。

参考：https://wenku.baidu.com/view/39a0bda0700abb68a982fbfa.html

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。

² P3.0 RXD 串行输入口

² P3.1 TXD 串行输出口

² P3.2 INT0 外部中断0输入口

² P3.3 INT1 外部中断1输入口

² P3.4 T0 定时器/计数器0外部时间脉冲输入端

² P3.5 T1 定时器/计数器1外部时间脉冲输入端

² P3.6 WR 外部数据存储器写脉冲

² P3.7 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。

参考：http://tieba.baidu.com/p/3408654325?red_tag=b2302518919

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。

参考：https://bbs.csdn.net/topics/390011912

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：

² INT0：P3.2引脚低电平或下降沿信号；

² T0：定时/计数器0计数回0溢出；

² INT1：P3.3引脚低电平或下降沿信号；

² T1：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。——https://zhidao.baidu.com/question/81735469.html

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)。

参考：https://www.bilibili.com/video/av5833218

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 <AT89X51.h> //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。

² TF0、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。”

² TR0、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）

² C/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。

² GATE：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;

参考：https://www.bilibili.com/video/av15466938/?p=20

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 <AT89X51.h> //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：