51单片机入门基础

目录

一、基础知识储备

（一）了解51单片机的基本概念

（二）掌握数字电路基础

（三）学习C语言编程基础

二、开发环境搭建

（一）硬件准备

（二）软件准备

三、基本操作与实验

（一）点亮LED灯

（二）按键控制

（三）定时器/计数器应用

四、进阶学习方向

（一）中断处理

（二）串口通信

（三）ADC与DAC

（四）外设驱动开发

五、注意事项与建议

（一）注意电源电压

（二）避免频繁烧录

（三）养成良好的编程习惯

（四）多实践多总结

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51单片机是一种经典的8位单片机，广泛应用于各种嵌入式系统中，如家用电器、工业控制、智能仪器等领域。对于电子爱好者和嵌入式系统初学者来说，掌握51单片机的基础知识是迈向嵌入式开发的重要一步。以下是入门51单片机所需的基础知识和准备工作。

一、基础知识储备

（一）了解51单片机的基本概念

51单片机是Intel公司在20世纪80年代推出的一系列单片机的统称，其核心是8051内核。它具有8位数据总线、16位地址总线，支持多种寻址方式，内置有RAM、ROM、I/O端口、定时器/计数器等基本功能模块。51单片机的典型型号包括8051、8052、8751等，它们在存储容量、I/O端口数量等方面有所不同，但基本架构和指令集相似。

（二）掌握数字电路基础

1. 逻辑门电路：了解与门、或门、非门、异或门等基本逻辑门电路的工作原理和符号表示。例如，与门只有当所有输入都为高电平时，输出才为高电平。

2. 触发器：掌握D触发器、JK触发器等触发器的工作原理和应用。触发器是构成寄存器、计数器等数字电路的基本单元。

3. 编码与解码：了解二进制、十六进制等数字编码方式，以及编码器和解码器的功能。例如，二进制编码用于表示数字和字符，编码器可以将多个输入信号编码为较少的输出信号。

（三）学习C语言编程基础

虽然51单片机的传统开发语言是汇编语言，但现代开发中更推荐使用C语言。C语言具有可读性好、可移植性强等优点，适合初学者快速上手。

1. 基本语法：掌握变量定义、数据类型、运算符、控制结构（如if语句、for循环）等基本语法。例如，定义一个整型变量并赋值：int num = 10;。

2. 函数与模块化：学会编写和调用函数，实现代码的模块化设计。例如，编写一个计算两数之和的函数：

   int add(int a, int b) {return a + b;
   }

3. 数组与指针：理解数组的定义和使用，掌握指针的概念和基本操作。例如，定义一个整型数组并访问其元素：

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
int value = arr[2]; // 获取数组的第三个元素

二、开发环境搭建

（一）硬件准备

1. 51单片机开发板：选择一块适合初学者的51单片机开发板，如STC89C52、AT89C51等型号的开发板。开发板通常集成了单片机芯片、晶振、复位电路、电源电路等基本组件，部分开发板还带有LED灯、按键、LCD显示屏等外围模块，方便进行实验和学习。

2. 编程器：用于将编写的程序烧录到单片机的ROM中。常见的编程器有USB接口的STC-ISP编程器、串口接口的串口编程器等。

3. 电源适配器：为开发板提供稳定的电源，一般为5V直流电源。

4. 连接线：包括USB线、串口线等，用于连接开发板和计算机进行程序下载和调试。

（二）软件准备

1. 编程软件：选择一款适合51单片机开发的编程软件，如Keil C51、IAR Embedded Workbench等。这些软件提供了代码编辑、编译、调试等功能，支持C语言和汇编语言开发。

   • Keil C51：是一款广泛使用的51单片机开发软件，具有友好的用户界面和丰富的功能。安装Keil C51后，创建一个新的工程，选择相应的单片机型号，编写代码并进行编译和调试。

2. 串口调试助手：用于与单片机进行串口通信，调试程序中的串口通信功能。常见的串口调试助手有RealTerm、Termite等。

3. 驱动程序：安装与编程器和开发板相关的驱动程序，确保计算机能够识别和连接这些硬件设备。例如，使用STC-ISP编程器时，需要安装STC-ISP软件及其驱动程序。

三、基本操作与实验

（一）点亮LED灯

这是51单片机入门的第一个实验，通过控制I/O端口的电平来点亮LED灯。

1. 硬件连接：将开发板上的一个LED灯与单片机的一个I/O端口相连，例如P1.0端口。

2. 编写代码：

   #include <reg51.h> // 包含51单片机寄存器定义的头文件void main() {while(1) {P1 = 0x01; // 将P1.0端口置为高电平，点亮LED灯P1 = 0x00; // 将P1.0端口置为低电平，熄灭LED灯}
   }

3. 该代码通过不断改变P1.0端口的电平状态，实现LED灯的闪烁。

4. 编译与下载：在Keil C51中编译代码，生成HEX文件，然后使用编程器将HEX文件烧录到单片机的ROM中。

5. 观察结果：下载程序后，观察开发板上的LED灯是否按照预期闪烁。

（二）按键控制

通过检测按键的状态来控制LED灯的亮/灭，实现简单的输入控制。

1. 硬件连接：将一个按键与单片机的一个I/O端口相连，例如P3.2端口，并通过上拉电阻连接到5V电源。

2. 编写代码：

   #include <reg51.h>#define KEY P3_2 // 定义按键端口
   #define LED P1_0 // 定义LED灯端口void delay(unsigned int ms) {unsigned int i, j;for(i = ms; i > 0; i--)for(j = 110; j > 0; j--);
   }void main() {while(1) {if(KEY == 0) { // 检测按键是否按下delay(20); // 消抖延时if(KEY == 0) { // 再次检测按键状态LED = !LED; // 切换LED灯状态}while(KEY == 0); // 等待按键释放}}
   }

3. 该代码通过检测按键的状态，实现按键按下时LED灯状态的切换。

4. 编译与下载：在Keil C51中编译代码，生成HEX文件，然后使用编程器将HEX文件烧录到单片机的ROM中。

5. 观察结果：下载程序后，按下按键，观察LED灯是否按照预期切换亮/灭状态。

（三）定时器/计数器应用

利用51单片机的定时器/计数器实现定时控制，例如实现LED灯的定时闪烁。

1. 硬件连接：与点亮LED灯实验相同，将LED灯与单片机的一个I/O端口相连。

2. 编写代码：

   #include <reg51.h>#define LED P1_0 // 定义LED灯端口void delay(unsigned int ms) {unsigned int i, j;for(i = ms; i > 0; i--)for(j = 110; j > 0; j--);
   }void timer0_init() {TMOD = 0x01; // 设置定时器0为模式1（16位定时器/计数器）TH0 = 0xFC; // 设置定时器0的初值，定时1msTL0 = 0x18;ET0 = 1; // 使能定时器0中断EA = 1; // 开启全局中断TR0 = 1; // 启动定时器0
   }void timer0_isr() interrupt 1 {TH0 = 0xFC; // 重新加载定时器0的初值TL0 = 0x18;LED = !LED; // 切换LED灯状态
   }void main() {timer0_init();while(1);
   }

3. 该代码通过定时器0实现LED灯的定时闪烁，每1ms切换一次LED灯状态。

4. 编译与下载：在Keil C51中编译代码，生成HEX文件，然后使用编程器将HEX文件烧录到单片机的ROM中。

5. 观察结果：下载程序后，观察LED灯是否按照预期定时闪烁。

四、进阶学习方向

（一）中断处理

深入学习51单片机的中断系统，掌握中断的申请、响应和处理过程。例如，实现外部中断控制LED灯闪烁、定时器中断实现定时任务等功能。

（二）串口通信

学习51单片机的串口通信模块，掌握串口通信的原理和编程方法。实现单片机与计算机之间的串口通信，或者实现多个单片机之间的串口通信，传输数据和控制指令。

（三）ADC与DAC

了解模数转换（ADC）和数模转换（DAC）的基本原理，学习如何使用ADC和DAC模块与51单片机进行接口和编程。实现模拟信号的采集和数字信号的输出，例如采集温度传感器的模拟信号并显示在LCD显示屏上。

（四）外设驱动开发

学习如何驱动各种外设，如LCD显示屏、步进电机、蜂鸣器等。掌握外设的工作原理和控制方法，编写相应的驱动程序，实现复杂的嵌入式系统功能。

五、注意事项与建议

（一）注意电源电压

51单片机的电源电压一般为5V，使用时要确保提供的电源电压稳定且在允许范围内，避免电压过高或过低导致单片机损坏。

（二）避免频繁烧录

在使用编程器烧录程序时，要避免频繁烧录，因为频繁烧录可能会缩短单片机的使用寿命。在编写代码时要仔细检查，尽量减少烧录次数。

（三）养成良好的编程习惯

编写代码时要注重代码的可读性和可维护性，养成良好的编程习惯。例如，合理命名变量和函数，添加必要的注释，保持代码的整洁和规范。

（四）多实践多总结

嵌入式开发是一个实践性很强的领域，要多动手实践，多做实验。在实验过程中要善于总结经验，分析遇到的问题和解决方案，不断提高自己的技术水平。

通过以上步骤的学习和实践，相信你能够快速掌握51单片机的基础知识，为后续的嵌入式系统开发打下坚实的基础。在学习过程中，要保持耐心和毅力，不断探索和学习，相信你一定能够取得进步和成功。