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1、单片机程序设计基础单片机程序设计基础 在简单了解单片机原理的基础上，我们就可以在简单了解单片机原理的基础上，我们就可以试着编一些简单的程序，以便提高单片机系统的认识，试着编一些简单的程序，以便提高单片机系统的认识，同时培养单片机的编程能力。本章以项目和任务为内同时培养单片机的编程能力。本章以项目和任务为内容，由浅入深、循序渐进，介绍单片机资源的利用以容，由浅入深、循序渐进，介绍单片机资源的利用以及简单系统程序设计的思想，达到培养单片机程序设及简单系统程序设计的思想，达到培养单片机程序设计能力目标。另外，每一个项目的程序可以在计能力目标。另外，每一个项目的程序可以在KileKile软软件中编写，
2、也可以通过软件仿真和硬件仿真观察程序件中编写，也可以通过软件仿真和硬件仿真观察程序运行的结果。运行的结果。3.1 单片机驱动一个单片机驱动一个LED闪烁闪烁 单片机的单片机的I/OI/O口可以直接驱动一些器件，通过口可以直接驱动一些器件，通过单片机运行程序，达到单片机对一些器件的控制。单片机运行程序，达到单片机对一些器件的控制。LEDLED是一种常用的显示器件，单片机的是一种常用的显示器件，单片机的I/OI/O可以直可以直接驱动。本节任务是利用单片机的一个接驱动。本节任务是利用单片机的一个I/OI/O口驱口驱动动LEDLED电路，设计程序使其闪烁。在了实现电路，设计程序使其闪烁。在了实现P0.
3、0P0.0口驱动负载特点基础上掌握程序设计一般方法，口驱动负载特点基础上掌握程序设计一般方法，同时还要掌握单片机系统仿真、程序下载的一般同时还要掌握单片机系统仿真、程序下载的一般过程。过程。 3.1.1 电路原理电路原理 STC-89C51STC-89C51单片机的单片机的P0P0口采用为口采用为ODOD门输出，高门输出，高电平输出时不存在拉出电流，但电平输出时不存在拉出电流，但P0P0口输出低电平口输出低电平时，时，P0P0口灌入电流达到口灌入电流达到2020毫安，因此毫安，因此P0P0只具有较只具有较强的低电平驱动能力。如果利用强的低电平驱动能力。如果利用P0P0驱动门电路以驱动门电路以及
4、如及如LEDLED这样的小功率负载，必须加上拉电阻，这样的小功率负载，必须加上拉电阻，否则，即使编程让否则，即使编程让P0P0输出高电平，但是实际只能输出高电平，但是实际只能输出低电平输出低电平。 图图3-1-13-1-1是单片机驱动是单片机驱动LEDLED电路，图中电路，图中 P0.0 P0.0 端口端口与电源之间接有一个电阻与电源之间接有一个电阻R2R2，当，当P0.0P0.0口输出低电平时，口输出低电平时，从电源正极出发经过电阻的电流通过从电源正极出发经过电阻的电流通过P0.0P0.0口进入单片口进入单片机，机，LEDLED的正极为低电平，此时的正极为低电平，此时LEDLED不亮，当此时
5、不亮，当此时P0P0口口输出高电平时，经过电阻的电流无法进入输出高电平时，经过电阻的电流无法进入P0.0P0.0端口，端口，只能通过只能通过LEDLED，此时，此时LEDLED亮。这种亮。这种LEDLED驱动方式为高电驱动方式为高电平有效方式。平有效方式。P0.7P0.7驱动驱动LEDLED采用的是低电平有效方式，采用的是低电平有效方式，直接了利用了直接了利用了P0P0口的低电平驱动能力。当口的低电平驱动能力。当P0.7P0.7端口输端口输出高电平时，出高电平时，LEDLED不亮，只有当不亮，只有当P0.7P0.7端口输出低电平端口输出低电平时，时，LEDLED才亮。才亮。 图图3-1-1 单
6、片机驱动单片机驱动LED电路原理电路原理3.1.2 程序设计与编译程序设计与编译一、程序设计一、程序设计 单片机内部的单片机内部的P0P3寄存寄存器都可以进行位操器都可以进行位操 作，作，P0P3对应的端口即单片对应的端口即单片机的机的32个个I/O口会输出口会输出P0P3的结果。本例实现的结果。本例实现LED闪烁，只要让闪烁，只要让P0.0电平周期性变化即可。电平周期性变化即可。程序流程见图程序流程见图3-1-2所示所示。图图3-1-2 LED闪闪烁程序流程烁程序流程 在在KielKiel程序设计软件中，程序设计软件中，P0.0P0.0口定义为口定义为P00P00，因，因此在利用此在利用C
7、C语言程序设计时，要想让语言程序设计时，要想让P0.0P0.0为低电平，为低电平，只要编写只要编写P00 = 0P00 = 0一条语句即可。为了是程序简单明一条语句即可。为了是程序简单明了，也可以利用了，也可以利用sbitsbit LED1 = P00 LED1 = P00语句，让语句，让LED1LED1代替代替P00P00。本案例的程序清单如下：。本案例的程序清单如下：/*/#include /包含头文件包含头文件sbit LED1 = P00; / LED接接P0.0。在。在kell C51软件中，软件中， /定义定义P0.0为为sbit sbit LED2 = P07; void del
8、ay(unsigned char x) /延时函数延时函数unsigned char i,j;for(i = 0;i x;i+)for(j = 0;j 200;j+);void main(void) /主函数主函数while(1) /程序死循环程序死循环 LED1 = 0; /P0.0输出低电平，输出低电平，LED1灭灭 delay(100); /调用延时函数，延时一段时间，约调用延时函数，延时一段时间，约0.3秒，秒，/不精确不精确 LED1 = 1; /P0.0输出高电平，输出高电平，LED1亮亮 delay(100); /*/二、程序说明二、程序说明 （1）因为使用的单片机芯片为）因为使
9、用的单片机芯片为STC89C51，因此，因此程序包含程序包含reg51.h文件，文件，reg51.h文件定义了文件定义了51单片机单片机所有特殊功能寄存器的名称定义和相对应的地址值；所有特殊功能寄存器的名称定义和相对应的地址值； （2）单片机程序顺序执行程序，先执行主函数，）单片机程序顺序执行程序，先执行主函数，在主函数内可以调用分函数，分函数可以调用分函数，在主函数内可以调用分函数，分函数可以调用分函数，但分函数不能调用主函数，程序执行一条命令再执行但分函数不能调用主函数，程序执行一条命令再执行下一条，执行完毕后返回到主函数入口进行下次循环。下一条，执行完毕后返回到主函数入口进行下次循环。延
10、时的过程是单片机执行了一个延时的过程是单片机执行了一个delay（100）函数而）函数而浪费一段时间。在执行浪费一段时间。在执行delay（）的过程中，如果没（）的过程中，如果没有中断单片机只能忙这一件事，有中断单片机只能忙这一件事， 单片机在执行此函数相关指令时浪费和占用的时间就单片机在执行此函数相关指令时浪费和占用的时间就是执行延时函数获得的时间，但利用是执行延时函数获得的时间，但利用delay（）（）不能不能得到精确的延时。延时函数还可以利用带有形参的函得到精确的延时。延时函数还可以利用带有形参的函数实现，例如：数实现，例如：/*/void delay（unsigned int x）wh
11、ile (x)x-;/*/ （3）利用位定义命令让）利用位定义命令让LED等价于等价于P0.0，程序执，程序执行行LED1 = 1后，后，P0.0对以的单片机内部位寄存器就设对以的单片机内部位寄存器就设置为高电平，置为高电平，P0.0端口输出高电平，单片机的所有端口输出高电平，单片机的所有I/O口都可位位定义，也可以字节定义。口都可位位定义，也可以字节定义。 （4）单片机）单片机C语言程序设计需要的语言程序设计需要的C语言关键字不语言关键字不多，并且在多，并且在keil C 中用到的关键字是独有的，因此对中用到的关键字是独有的，因此对于没有学习过于没有学习过C语言的人学习单片机语言的人学习单片
12、机C语言程序设计语言程序设计困难并不是很大，重点掌握单片机困难并不是很大，重点掌握单片机C语言书写格式和语言书写格式和怎样用怎样用C语言控制单片机的硬件资源皆可；另外，在语言控制单片机的硬件资源皆可；另外，在编程时，还要有清晰的逻辑思维头脑和认真实践，由编程时，还要有清晰的逻辑思维头脑和认真实践，由浅逐步深入学习，当你坚持到最后时，单片机浅逐步深入学习，当你坚持到最后时，单片机C语言语言程序设计会让你感觉很简单。程序设计会让你感觉很简单。 （5）每个人在利用）每个人在利用C语言编写单片机程序时都有自己的语言编写单片机程序时都有自己的风格。一般情况下，函数的字符左行距为风格。一般情况下，函数的字
13、符左行距为0，其下每条语，其下每条语句前留一个句前留一个“tab”键空。算数逻辑符号的左右各留一个键空。算数逻辑符号的左右各留一个空格，关键语句要有中文或英文说明，每一个函数有时也空格，关键语句要有中文或英文说明，每一个函数有时也可以用可以用“/*.*/”上下隔开，这样有助于提高程序上下隔开，这样有助于提高程序的层次感和可读性。的层次感和可读性。三、程序编译三、程序编译 程程序设计采用第二章介绍的序设计采用第二章介绍的KielKiel软件。针对本节软件。针对本节例子，在电脑上运行例子，在电脑上运行KielKiel，首先新建一个项目，项目，首先新建一个项目，项目使用的单片机为使用的单片机为AT8
14、9C51AT89C51，这个项目暂且命名为，这个项目暂且命名为LEDLED；然后新建一个文件，并保存为然后新建一个文件，并保存为”LED.cLED.c”文件，并添文件，并添加到工程项目中。由于本案例程序比较简单，可以直加到工程项目中。由于本案例程序比较简单，可以直接在接在KeilKeil软件界面中编写，也可以先把程序清单形成软件界面中编写，也可以先把程序清单形成一个一个TXTTXT文件，然后剪切到文件，然后剪切到KeilKeil的程序编辑界面中。的程序编辑界面中。当程序设计完成后，通过当程序设计完成后，通过KielKiel编译并创建编译并创建LED.HEXLED.HEX目目标文件，见图标文件，
15、见图3-1-33-1-3所示。所示。 在在KeilKeil的应用过程中，由于编译过程成产生很的应用过程中，由于编译过程成产生很多文件多文件, ,因此新建一个项目需在一个目录中建立。因此新建一个项目需在一个目录中建立。KeilKeil软件创建的软件创建的HEXHEX文件可以下载到单片机的程文件可以下载到单片机的程序存储器中运行，也可以被仿真软件调用。序存储器中运行，也可以被仿真软件调用。 图图3-1-3 Keil软件目标文件创建软件目标文件创建3.1.3 汇编语言嵌入汇编语言嵌入 在使用在使用C语言所开发的项目中，有时需要写一语言所开发的项目中，有时需要写一些汇编语言的程序，以提高程序的精炼和精
16、确度。些汇编语言的程序，以提高程序的精炼和精确度。如本例中的如本例中的delay（）函数延时不够精确，可以使（）函数延时不够精确，可以使用汇编语言实现时间延迟，提高延时的精确程度。用汇编语言实现时间延迟，提高延时的精确程度。在一个项目中要加入汇编语言程序时，有两种方法，在一个项目中要加入汇编语言程序时，有两种方法，第一种方法是使用第一种方法是使用Inline assembly,也就是在程序中也就是在程序中直接加入汇编语言码，如以下的程序所示：直接加入汇编语言码，如以下的程序所示：/*延时函数延时函数*/ void delay100us() #pragra endasm more: mov R3
17、,#48 djnz R3,$ djnz R7,more #pragma endasm /*/ 在上面的程序中，直接加入汇编语言码时是使用在上面的程序中，直接加入汇编语言码时是使用编译指令编译指令#pragma asm 和和#pragma endasm。编译指令。编译指令#pragma asm 和和#pragma endasm 之间则加入您需要之间则加入您需要的汇编语言代码。这一段程序主要是实现的汇编语言代码。这一段程序主要是实现100微秒时微秒时间延迟，使用汇编语言我们可以通过如表间延迟，使用汇编语言我们可以通过如表3-1-1所示所示的计算方法估计出延迟时间大约是的计算方法估计出延迟时间大约是
18、0.1ms。最后还有最后还有一条返回指令一条返回指令ret，所以总共需要，所以总共需要100条指令，如果外条指令，如果外接接12MHz的石英晶体时，每执行一条指令需要的石英晶体时，每执行一条指令需要1s，所以执行这一个子程序总共需要所以执行这一个子程序总共需要100s,也就是也就是0.1s.但是这只是一个估计值，因为执行子程序时如果有中但是这只是一个估计值，因为执行子程序时如果有中断发生，就会造成执行时间增加。断发生，就会造成执行时间增加。执行的指令执行的指令 执行次数执行次数 指令执行周指令执行周期期 计算结果计算结果 More:mov R3,#48 111djnz R3,$ 148 296
19、djnz R7,more 122表表3-1-1 计算方法计算方法 第二种做法是将汇编语言的程序写在一个文件中，第二种做法是将汇编语言的程序写在一个文件中，然后再从主程序中调用这些使用汇编语言写的子程序。然后再从主程序中调用这些使用汇编语言写的子程序。 C语言主程序调用汇编语言子程序时，必须注意到，语言主程序调用汇编语言子程序时，必须注意到，累加器（累加器（accumulator）和寄存器给的内容都必须自行）和寄存器给的内容都必须自行维护，如果维护不当，可能会造成不可预期的结果。一维护，如果维护不当，可能会造成不可预期的结果。一般而言，可以在进入汇编语言程序之后，马上将累加器般而言，可以在进入汇
20、编语言程序之后，马上将累加器A和寄存器和寄存器R0R7推入堆栈当中，等到要离开汇编语言推入堆栈当中，等到要离开汇编语言程序之前再使用程序之前再使用POP指令，将累加器指令，将累加器A和寄存器和寄存器R0R7从堆栈中取出，但是要特别注意，堆栈推入与取出的顺从堆栈中取出，但是要特别注意，堆栈推入与取出的顺序是相反的，也就是先进者后出，后进者先出。序是相反的，也就是先进者后出，后进者先出。 3.1.4 软件仿真软件仿真 在安装过在安装过ProteusProteus软件的软件的PCPC上运行上运行ISISISIS文件，即文件，即可进入可进入ProteusProteus电路原理仿真界面，利用该软件仿真电
21、路原理仿真界面，利用该软件仿真时操作比较简单，其过程是首先构造电路，然后双击时操作比较简单，其过程是首先构造电路，然后双击单片机加载单片机加载HEXHEX文件，最后执行仿真。文件，最后执行仿真。ProteusProteus界面以界面以及本案例的仿真电路见图所示。电路中单片机采用及本案例的仿真电路见图所示。电路中单片机采用AT89C51AT89C51，单片机默认为最小系统，不需要再外接晶，单片机默认为最小系统，不需要再外接晶体振荡电路和复位电路。仿真过程中，单片机加载程体振荡电路和复位电路。仿真过程中，单片机加载程序模拟运行实际状态序模拟运行实际状态 。 软件仿真是程序设计结果的验证，能够在没软
22、件仿真是程序设计结果的验证，能够在没有硬件的条件下验证程序的完整性。计算机是单有硬件的条件下验证程序的完整性。计算机是单片机程序设计的重要工具，但单片机的程序设计片机程序设计的重要工具，但单片机的程序设计或相关产品开发必须有相关的软件和硬件，软件或相关产品开发必须有相关的软件和硬件，软件仿真虽然节约了一定硬件的投入，但软件仿真不仿真虽然节约了一定硬件的投入，但软件仿真不能测试软件的安全性和可靠性，也不能测试电路能测试软件的安全性和可靠性，也不能测试电路的完整性。程序的设计往往需要软件仿真和硬件的完整性。程序的设计往往需要软件仿真和硬件仿真结合，并且在有限的时间里熟练完成项目的仿真结合，并且在有限的时间里熟练完成项目的设计工作。设计工作。图图3-1-4 Proteus仿真仿真
