51单片机从入门到精通：理论与实践指南（一）

单片机在智能控制领域的应用已非常普遍，发展也很迅猛，学习和使用单片机的人员越来越多。虽然新型微控制器在不断推出，但51单片机价格低廉、易学易用、性能成熟，在家电和工业控制中有一定的应用，而且学好了51单片机，也就容易学好其他的新型微控制器（AVR、PIC、STM8、STM32等），另外，51单片机的例程很容易移植到其他单片机系统中。因此，现在的大中专院校学生都将51 单片机作为入门首选。为了帮助零基础（指没有单片机基础和C语言编程经验）的初学者快速入门和提高，我想着写几篇博客，和大家讲解一下单片机。

学习51单片机是一个循序渐进的过程，涉及理论知识的学习和实际项目的实践。

下面我会详细介绍从零开始学习51单片机的全过程，包括学习内容、方法、应用场景以及具体的案例和代码。

1. 学习内容

1.1 基础知识

• 数字电子技术：了解基本的数字电路知识，如逻辑门、触发器等。
• 计算机组成原理：理解计算机的基本工作原理，包括CPU、内存、输入输出等。
• C语言基础：虽然51单片机可以用汇编语言编程，但C语言更为常用且容易上手。

1.2 51单片机的基本结构

• CPU：中央处理器，负责执行指令。
• 内部RAM：128字节，用于存储数据变量。
• 外部RAM：可以通过扩展接口连接外部RAM。
• 程序存储器：通常使用Flash存储器，存储程序代码。
• I/O端口：4个8位双向I/O端口（P0、P1、P2、P3）。
• 定时/计数器：2个16位定时/计数器（Timer0和Timer1）。
• 中断系统：支持多个中断源，如定时器溢出中断、外部中断等。
• 串行通信接口：内置UART，支持串行通信。

2. 学习方法

2.1 学习资源

• 书籍：推荐一些经典的51单片机书籍，如《51单片机完全学习手册》、《单片机原理及应用》等。
• 在线课程：许多在线平台（如慕课网、B站、YouTube）提供免费或付费的51单片机教程。
• 官方文档：阅读单片机的数据手册和用户手册，了解具体的寄存器配置和功能。

2.2 开发环境搭建

• 编程软件：安装Keil uVision或IAR Embedded Workbench等开发工具。
• 仿真器：使用Proteus或其他仿真软件进行虚拟仿真，验证程序逻辑。
• 开发板：购买一块51单片机开发板，如STC89C52RC、AT89S52等，进行实际操作。

3. 实践项目

3.1 基础实验

3.1.1 LED闪烁实验

硬件连接

• 将一个LED连接到P1.0引脚，通过一个限流电阻接地。

软件代码

#include <reg52.h>  // 包含51单片机的寄存器定义// 延时函数
void delay(unsigned int ms) {unsigned int i, j;for (i = 0; i < ms; i++) {for (j = 0; j < 1275; j++);}
}void main() {while (1) {P1 = 0x01;  // P1.0 输出高电平，LED亮delay(500); // 延时500毫秒P1 = 0x00;  // P1.0 输出低电平，LED灭delay(500); // 延时500毫秒}
}

Proteus仿真

1. 在Proteus中创建一个新的电路图。
2. 添加51单片机（例如STC89C52RC）。
3. 添加一个LED和一个限流电阻，将LED的阳极连接到P1.0，阴极通过电阻接地。
4. 将编译好的HEX文件加载到单片机中，运行仿真。

Proteus简介
Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是英国著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。

可自行百度了解

https://baike.baidu.com/item/proteus/752902

3.1.2 按键检测实验

硬件连接

• 将一个按键连接到P3.0引脚，通过一个上拉电阻连接到VCC。

软件代码

#include <reg52.h>// 延时函数
void delay(unsigned int ms) {unsigned int i, j;for (i = 0; i < ms; i++) {for (j = 0; j < 1275; j++);}
}// 按键去抖动函数
bit key_scan(bit key) {if (key == 0) {  // 检测到按键按下delay(10);   // 延时消抖if (key == 0) {while (!key);  // 等待按键释放return 1;      // 返回按键有效}}return 0;  // 返回按键无效
}void main() {while (1) {if (key_scan(P3_0)) {  // 检测P3.0上的按键P1 = 0x01;  // 按键按下时，P1.0 输出高电平，LED亮delay(500);P1 = 0x00;  // 按键松开时，P1.0 输出低电平，LED灭}}
}

Proteus仿真

1. 在Proteus中创建一个新的电路图。
2. 添加51单片机（例如STC89C52RC）。
3. 添加一个按键和一个上拉电阻，将按键的一端连接到P3.0，另一端接地。
4. 将编译好的HEX文件加载到单片机中，运行仿真。

3.2 进阶实验

3.2.1 数码管显示实验

硬件连接

• 将一个共阴极数码管连接到P0端口。
• 将段选线连接到P0.0-P0.6，位选线连接到P0.7。

软件代码

#include <reg52.h>// 显示字符的字形码表
const unsigned char code seg_code[] = {0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90};// 显示数字0-9
void display_digit(unsigned char digit) {P0 = seg_code[digit] | 0x80;  // 设置段选线和位选线
}void main() {while (1) {for (unsigned char i = 0; i < 10; i++) {display_digit(i);delay(500);}}
}

Proteus仿真

1. 在Proteus中创建一个新的电路图。
2. 添加51单片机（例如STC89C52RC）。
3. 添加一个共阴极数码管，将段选线连接到P0.0-P0.6，位选线连接到P0.7。
4. 将编译好的HEX文件加载到单片机中，运行仿真。

3.3 综合项目

3.3.1 温度传感器读取实验

硬件连接

• 将DS18B20温度传感器连接到P1.4引脚。
• 将一个4.7kΩ的上拉电阻连接到DS18B20的DQ引脚和VCC之间。

软件代码

#include <reg52.h>
#include <stdio.h>sbit DS18B20_PIN = P1^4;// 初始化DS18B20
void DS18B20_Init() {DS18B20_PIN = 1;  // 上拉DS18B20_PIN = 0;  // 发送复位脉冲delay(1);DS18B20_PIN = 1;  // 释放总线while(DS18B20_PIN);  // 等待DS18B20响应
}// 写入一个字节到DS18B20
void DS18B20_WriteByte(unsigned char dat) {unsigned char i;DS18B20_PIN = 0;  // 拉低总线for (i = 0; i < 8; i++) {DS18B20_PIN = 0;  // 拉低总线DS18B20_PIN = dat & 0x01;  // 发送数据位dat >>= 1;DS18B20_PIN = 1;  // 释放总线delay(1);}
}// 从DS18B20读取一个字节
unsigned char DS18B20_ReadByte() {unsigned char i, dat = 0;for (i = 0; i < 8; i++) {DS18B20_PIN = 0;  // 拉低总线DS18B20_PIN = 1;  // 释放总线delay(1);dat |= (DS18B20_PIN << i);  // 读取数据位delay(1);}return dat;
}// 读取温度值
float DS18B20_ReadTemp() {unsigned char TL, TH;float temp;DS18B20_Init();DS18B20_WriteByte(0xCC);  // 跳过ROM命令DS18B20_WriteByte(0x44);  // 启动温度转换DS18B20_Init();DS18B20_WriteByte(0xCC);  // 跳过ROM命令DS18B20_WriteByte(0xBE);  // 读取温度寄存器TL = DS18B20_ReadByte();  // 读取低字节TH = DS18B20_ReadByte();  // 读取高字节temp = ((TH << 8) + TL) * 0.0625;return temp;
}void main() {float temperature;while (1) {temperature = DS18B20_ReadTemp();// 可以在这里添加代码将温度显示在数码管或其他设备上delay(1000);  // 每秒读取一次温度}
}

Proteus仿真

1. 在Proteus中创建一个新的电路图。
2. 添加51单片机（例如STC89C52RC）。
3. 添加DS18B20温度传感器，将DQ引脚连接到P1.4，VCC连接到电源，GND接地。
4. 将编译好的HEX文件加载到单片机中，运行仿真。

4. 应用场景

4.1 家用电器

• 智能灯光控制：通过单片机控制LED灯的开关和亮度，可以实现远程控制和定时开关。
• 温度控制：使用温度传感器监测室内温度，通过单片机控制空调或加热器的工作状态。

4.2 工业控制

• 电机控制：通过单片机控制电机的速度和方向，实现精确的运动控制。
• 传感器数据采集：使用单片机采集各种传感器的数据，如温度、湿度、压力等，用于实时监控和数据分析。

4.3 医疗设备

• 心率监测：通过单片机采集心率传感器的数据，实现心率监测和报警功能。
• 血压监测：使用单片机控制血压计的工作，采集血压数据并显示结果。

4.4 智能家居

• 智能门锁：通过单片机控制门锁的开闭，支持密码、指纹等多种认证方式。
• 环境监测：使用单片机采集室内的温度、湿度、光照等数据，通过无线通信模块发送到云端，实现远程监控。

5. 总结

学习51单片机是一个从基础到高级的过程，需要不断实践和积累经验。

通过上述的基础实验和进阶实验，你可以逐步掌握51单片机的各种功能和应用。