文章目录

• • 一、如何学习单片机
  • • 1.学习哪种类型的单片机
    • 2.学习单片机的最佳方法
    • 3.学习单片机的准备工作
    • 4.学习单片机的常见疑问
  • 二、开发板功能及使用介绍
  • • 1.开发板功能介绍
    • 2.开发板使用方法
    • • 2.1 CH340 驱动安装
      • 2.2 程序下载
      • 2.3 51仿真器调试
      • 2.4 实验现象
  • 三、51单片机介绍
  • • 1、51 单片机介绍
    • 2、STC89Cxx 芯片介绍
    • • 2.1 STC89Cxx命名规则
      • 2.2 STC89Cxx内部资源介绍
      • 2.3 STC89Cxx脚位判定
      • 2.4 STC89Cxx脚功能
    • 3、51 单片机能做什么
    • 4、怎样学好 51 单片机

一、如何学习单片机

1.学习哪种类型的单片机

  单片机有如下类型：51、AVR、MSP430、STM8、STM32、DSP、Linux、FPGA。

• DSP、Linux、FPGA——非常高端的处理器
• 51、AVR、MSP430、STM8、STM32——单片机

  作为初学者，首推51单片机。因为其操作简单，入门资料最丰富，上手较快。在学习 51 单片机的时，不能仅仅当做51 来学习，要当做“单片机”来学，要把单片机的内部资源都搞清楚、弄明白，每个内部资源模块的用法理解透彻，这样当遇到一个从没有用过的单片机，也能快速知道如何下手去使用它。

2.学习单片机的最佳方法

  单片机是一门实用技术。学习单片机需要在实践中成长，不断地练习。

• 鹦鹉学舌
  一遍遍模仿，一遍遍抄代码
• 照葫芦画瓢（关键步骤）
  第一步顺序完成后，在不看源代码的情况下，通过原理图和查找非源代码的任何资料，将当前课程的程序重新写出来实现其功能
• 他山之石，可以攻玉
  单片机技术的最大特点就是可以通过修改程序来实现不同的功能。每完成一节课，要尽力完成预留作业，参考当前课程的程序思路，在此基础上结合自己的思考去完成作业。
• 理论实践结合，温故而知新
  当大家把所有的课程按照前面 3 步完成后，这个时候不妨再把书本打开，再看看书，经过自己的实战经历，再看书的时候，对很多知识点会有一种恍然大悟的感觉。甚至可能有的知识点在当时学习时不明白，过了一段时间，回头再学习的时候，一下就明白了。

3.学习单片机的准备工作

• 要有信心、恒心和耐心
• 完善的配套课程
• 计算机一台
  计算机是学习单片机必不可少的工具，在设计仿真电路、编写程序、查阅资料时都会用到它。
• 开发板一块
  如果条件允许最好买一块开发板，这样编写的代码可直接在硬件上验证。

4.学习单片机的常见疑问

1. 学完单片机能做什么
   单片机的应用非常广泛，电子、电气、自动化、通信等领域都有大量的应用。生活中常见的电子产品如：智能小车、LED 点阵屏、四轴飞行器、电子密码锁、门铃、超市储物柜、智能电饭煲、智能台灯、智能风扇等。工业领域的应用主要体现在单片机的控制、通信方面。

2. 学习单片机应该学 C 还是汇编语言？
   在实际开发中，目前至少有 95%以上的工程师是使用 C 语言做单片机开发的，只有在一些特殊要求的场合才会用到汇编，所以这里强烈建议大家使用 C 语言开发。

二、开发板功能及使用介绍

1.开发板功能介绍

  我们先来看下开发板各功能模块，如下：

2.开发板使用方法

2.1 CH340 驱动安装

  上面我们介绍了开发板各个模块的功能，下面我们看看如何使用这款开发板。
  首先，拿到开发板，我们要安装下 USB 转串口 CH340 驱动，对于大多数电脑系统，将 USB 线连接电脑和开发板的 USB 接口后会自动检测安装 CH340 驱动，如果您的电脑没有自动安装 CH340 驱动，没关系，我们可以手动安装，打开资料目录：“\5–开发工具\2-开发板 CH340 驱动”，如下：

双击 SETUP.EXE 应用程序，出现如下界面，点击安装即可。

一段时间后，如果安装成功会显示如下界面：（前提：必须使用 USB 线将电脑 USB 口和开发板 USB 接口连接）。

驱动安装成功后可以打开打开资料目录“\5–开发工具\3-程序下载软件\PZ-ISP.exe”软件，查看串口号是否显示有“CH340”字样的串口，如果有则证明驱动安装成功，否则失败。如下：

2.2 程序下载

  安装好 CH340 驱动后，我们就可以下载程序了，在下载程序前先确认下开发板上的 USB 转 TTL 串口模块上的 P5 端子短接片是否短接好（即 P31T 与 URXD连接，P30R 与 UTXD 连接），出厂的时候该短接片默认已经短接好，如下所示：

PZ-ISP 是普中自主研发的自动下载软件，可一键下载，操作非常简单，推荐大家使用 PZ-ISP 软件下载程序。打开此软件选择对应的 51 单片机类型进行程序下载。具体操作如下：

1. 打开“\5–开发工具\3-程序下载软件\PZ-ISP（推荐使用）”，如下图：
   
   鼠标双击该软件，弹出如下界面：（注意软件的版本号）（注意：此时默认你已经安装好了 CH340 驱动， 此时可以看到对应的串口号，我们这里显示的是“COM13 USB-SERIAL CH340”，你们电脑不一定是这个串口）
   
2. 根据板载芯片型号是否含有 RC 来选择芯片类型，比如：板载芯片使用STC89C52RC 或 STC89C52RD+或 STC89C516RC 或 STC89C516RD+，则选择芯片类型为“STC89C52xxx-RC”。如果使用 STC89C52，则芯片类型为“STC89C52xx”。如下图:
   
3. 将波特率设置为“128000”（如果发现此波特率下载速度比较慢，可以提高波特率，如果下载失败，可以把波特率降低，总之选择一个能下载的波特率），如下图：
   
   其他的选项我们保持默认设置。
   下面点击“打开文件”，操作如下：
   
   选择实验程序文件夹内.HEX文件，点击“打开”即可选择好需要下载的程序，操作如下：
   
   点击“程序下载”按钮即可完成程序下载。当程序下载完成，会提示程序下载成功，操作如下：
   

2.3 51仿真器调试

  可使用普中 51 仿真器插入单片机座进行在线调试，但是需要在 KEILC51 软件内设置。会在后续的“51工程模块创建”中详细说明。
  下面补充介绍51仿真器驱动安装方法。

1. 51仿真器连接电脑USB口，连接好后电源指示灯会点亮。
   
   此时，在设备管理器中，找到设备
   
2. 安装驱动
   在关闭电脑杀毒软件的情况下，“以管理员身份运行”驱动程序，
   
   选择路径为Keil C51的安装目录，点击安装
   
3. 验证驱动程序是否安装成功
   打开实验程序，如果在魔术棒debug中能找到PZ51驱动程序，则表明驱动程序安装成功。
   
     下面补充介绍使用51仿真器仿真调试，以“LED流水灯”工程为例来演示如何仿真。

• 在Debug选项卡中选择PZ51 Tracker Driver，并选中Run to main()
  
• 在Debug选项卡中点击Settings，设置参数
  
• 在Utilities选项卡中，选择驱动
  

选择start debug，结果如下：

将普中 51 仿真器插入单片机座进行在线调试。

2.4 实验现象

  最后，程序下载成功后即可观察到实验现象。以“点亮第一个LED显示灯”为例，其实验现象为：

三、51单片机介绍

1、51 单片机介绍

  一台能够工作的计算机要有这样几个部件构成：CPU（进行运算、控制）、 RAM（数据存储_掉电会丢失）、ROM（程序存储_掉电不丢失）、输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口等）。而在单片机中，这些部件全部被做到一块集成电路芯片中，所以就称为单片机（也称微控制器MCU)。
  51 单片机是对所有兼容 Intel 8031 指令系统的单片机的统称。80C51 是 MCS-51 系列中的一个典型品种；其它厂商以 8051 为基核开发出的CMOS 工艺单片机产品统称为 80C51 系列。当前常用的 国产80C51 系列单片机主要产品有：STC(国产宏晶)单片机：STC89C51、STC89C52、STC89C516、STC90C516 等众多品牌。
  80C51 芯片管脚图如下所示：

上图中左图是 51 单片机非常经典的管脚图，通常采用的是 DIP-40 封装。其内部资源如下：

• 8位CPU
• 4kbytes 程序存储器(ROM) (52 为 8K)
• 128bytes 的数据存储器(RAM) （52 有 256bytes 的 RAM）
• 32 条 I/O 口线（P0.0到P0.7，P1.0到P1.7，P2.0到P2.7，P3.0到P3.7）
• 111 条指令，大部分为单字节指令
• 21 个专用寄存器
• 2 个可编程定时/计数器
• 5 个中断源，2 个优先级（52 有 6 个）
• 一个全双工串行通信口（RXD与TXD），stc芯片可利用串口下载芯片，也可以实现串口通信
• 外部数据存储器寻址空间为 64kB
• 外部程序存储器寻址空间为 64kB
• 逻辑操作位寻址功能
• 双列直插 40PinDIP 封装
• 单一+5V 电源供电

• CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器。
• RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；
• ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；
• I/O 口：四个 8 位并行 I/O 口，既可用作输入，也可用作输出
• T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在计数模式；
• 五个中断源的中断控制系统；
• 一个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；
• 片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最佳振荡频率为 6M—12M。

其内部结构图如下所示：

总线（BUS）是单片机各部件之间传送信息的公共通道。单片机中有内部总线和外部总线两类，内部总线是 CPU 内部之间的连线，外部总线是指 CPU 与其它部件之间的连线；外部总线有三种: 数据总线 DB（Data Bus），地址总线 AB（Address Bus）和控制总线 CBControl Bus）。我们学习的是定时计数器、并行I/O口、串行通信口和中断系统。

2、STC89Cxx 芯片介绍

2.1 STC89Cxx命名规则

  上图可看到芯片表面印有 STC89C52RC 40I-PDIO40 1947H0XN52.X90C 丝印，下面我们了解下芯片表面丝印的含义：

• STC–表示芯片为 STC 公司生产的产品，其他公司的也有 AT、i、SST 等。
• 8–表示该芯片为 8051 内核芯片
• 9–表示内部含有 Flash EEPROM 存储器，还有如 80C51 中 0 表内部含有MaskROM（掩模 ROM）存储器；如 87C51 中 7 表示内部含有 EPROM（紫外线可擦除ROM）存储器。
• C–表示该器件为 CMOS 产品。还有如 89LV52 和 89LE58 中的 LV 和 LE 都表示该芯片为低电压产品（通常为 3.3V 电压供电）；而 89S52 中 S 表示该芯片含有可串行下载功能的 Flash 存储器，即具有 ISP 可在线编程功能。
• 5–固定不变
• 2–表示该芯片内部程序存储（FLASH）空间大小，1 为 4KB，2 为 8KB，3 为12KB，即该数乘以 4KB 就是芯片内部的程序存储空间大小。程序空间大小决定了一个芯片所能装入执行代码的多少。一般来说，程序存储空间越大，芯片价格也越高，所以我们再选择芯片的时候要根据自己需求选择合适芯片
• RC–STC 单片机内部 RAM（随机读写存储器）为 512B。还有如 RD+表示内部RAM 为 1280B。还有芯片会省略此部分。
• 40–表示芯片外部晶振最高可接入 40MHz。对 AT 单片机数值一般为 24，表示外部晶振最高位 24MHz。
• I–产品级别，表示芯片使用温度范围。

  • C 表示商业级，温度范围为 0~+70 度。
  • I 表示工业级，温度范围为-40~+85 度。
  • A 表示汽车级，温度范围为-40~+125 度。
  • M 表示军用级，温度范围为-55~+150 度。

• PDIP40–产品封装型号。PDIP 表示双列直插式
• 1947–表示本批芯片生产日期为 19 年第 47 周
• H0XN52.X90C–不详，有关资料显示，此标号表示芯片制造工艺或处理工艺

2.2 STC89Cxx内部资源介绍

  STC89C51 是 STC 推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的 51 单片机，它是采用 8051 核的 ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，指令代码完全兼容传统的 8051 单片机，最高工作时钟频率为 80MHz，片内含 4K Bytes 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件兼容标准 MCS-51 指令系统及80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合 PC 端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C51 系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的兼容 8051 内核单片机，是高速/ 低功耗的新一代8051 单片机，全新的流水线/精简指令集结构，内部集成 MAX810 专用复位电路。其特性功能主要如下：

1. 增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可任意选择，指令代码完全兼容传统 8051。
2. 工作电压： 5.5V - 3.3V (5V 单片机) / 3.6V - 2.0V (3V 单片机）
3. 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
4. 用户应用程序空间： 4K / 8K / 13K / 16K / 32K / 64K 字节（STC89C516）
5. 片上集成 1280 字节或 512 字节或 256 字节 RAM
6. 通用 I/O 口(35/39 个)， 复位后为：P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉(普通 8051 传统 I/O 口)； P0 口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。
7. ISP（在系统可编程） / IAP（在应用可编程）， 无需专用编程器， 无需专用仿真器，可通过串口（ RxD/P3.0, TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。
8. 有 EEPROM 功能
9. 看门狗
10. 内部集成 MAX810 专用复位电路（HD 版本和 90C 版本才有），外部晶体20M 以下时，可省外部复位电路,复位脚可直接接地。
11. 有 3 个 16 位定时器/ 计数器，其中定时器 0 还可以当成 2 个 8 位定时器使用。
12. 外部中断 4 路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。
13. 通用异步串行口(UART)，还可用定时器软件实现多个 UART
14. 工作温度范围： -40 ~ +85℃(工业级) / 0 ~ 75℃(商业级)
15. 封装： LQFP-44, PDIP-40, PLCC-44, PQFP-44。

2.3 STC89Cxx脚位判定

  下图我们可以看到 51 单片机不同封装的引脚图，


在讲解各引脚含义之前，我们首先应该学会如何在实物上区分引脚序号，基于 8051 内核的单片机，若引脚数相同，或封装相同，它们的引脚功能是相同的，其中用的较多的是 40 脚 DIP 封装的 51 单片机，也有 20，28，32，44 等不同引脚数的 51 单片机。
  无论哪种芯片，单片机也好，其他不知名的芯片也好，当我们观察它的表面时，大都会找到一个凹进去的小圆坑，或是用颜色标记的一个小标记（圆点或三角或其他小图形），这个小圆坑或者小标记所对应的引脚就是这个芯片的第 1 脚，然后逆时针方向数下去，即 1 到最后一个引脚。对于 DIP 封装，小圆坑在芯片上方正中间位置，对应左边第一个脚位为 1；对于 PLCC 封装，小圆坑在芯片上方正中间位置，对应脚位为 1；在实际焊接或绘制电路板时，大家务必要注意它们的脚位标号，否则若焊接错误则导致产品无法正常工作。

2.4 STC89Cxx脚功能

  下面我们以上图 PDIP 封装引脚图为例介绍各个引脚的功能，40 引脚我们按其功能类别可分为四类：

• 电源引脚，如 VCC、GND
• 时钟引脚，如 XTAL1、XTAL2
• 编程控制引脚，如 RST、PSEN、ALE/PROG、EA/Vpp
• I/O 口引脚，如 P0、P1、P2、P3，4 组 8 位 I/O 口

• VCC（40 脚）、GND（20 脚）：电源引脚，不同型号单片机接入对应电压，常压为+5V，低压为+3.3V，大家在使用时要查看其芯片所要求的电压。
• XTAL1（19 脚）、XTAL2（18 脚）：外接时钟引脚。XTAL1 为片内振荡电路的输入端，XTAL2 为片内振荡电路的输出端。8051 的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，即需在这两个引脚处外接石英晶振和振荡电容，振荡电容的值一般取 10p~30p；另一种是外部时钟方式，即将 XTAL1 接地，外部时钟信号从 XTAL2脚输入。通常使用第一种方式
• RST（9 脚）：复位引脚。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作，即单片机从头开始执行程序。
• PSEN（29 脚）：程序存储器允许输出控制端。在读外部程序存储器时 PSEN低电平有效，以实现外部程序存储器单元的读操作，由于现在我们使用的单片机内部已经有足够大的 ROM，所以几乎没有人再去扩展外部 ROM，因此这个引脚大家只需了解即可
• ALE/PROG（30 脚）：在扩展外部 RAM 时，ALE 用于控制把 P0 口的输出低 8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。ALE 有可能是高电平也有可能是低电平，当 ALE 为高电平时，允许地址锁存型号，当访问外部存储器时，ALE 信号负跳变（即由正变负）将 P0 口上低 8 位地址信号送入锁存器；当ALE 为高电平时，P0 口上的内容和锁存器输出一致。关于锁存器后面我们会有介绍。在没有访问外部存储器期间，ALE 以 1/6 振荡周期频率输出（即 6 分频），当访问外部存储器时，以 1/12 振荡周期输出（12 分频）。从这里可以看到，当没有扩展外部 RAM 时，ALE 会以 1/6 振荡周期的固定频率输出，因此可以作为外部时钟，或作为外部定时脉冲使用。PROG 为编程脉冲的输入端，单片机的内部有程序存储器（ROM），它的作用是用来存放用户需要执行的程序，那么我们怎样才能将写好的程序存入这个 ROM 中呢？实际上，我们是通过编程脉冲输入才写进去的，这个脉冲的输入端口就是 PROG。现在绝大多数单片机都已经不需要编程脉冲引脚往内部写程序了，比如我们使用的 STC 单片机，它可以直接通过串口往里面写程序，只需要三条线与计算机相连即可。而且现在的单片机内部都已经带有丰富的 RAM，所以也不需要再扩展 RAM 了，因此 ALE/PROG 引脚用于不大，大家了解即可
• EA/Vpp（31 脚）：EA 接高电平时，单片机读取内部程序存储器。当扩展有外部 ROM 时，当读取完内部 ROM 后自动读取外部 ROM。EA 接低电平时，单片机直接读取外部 ROM。我们没有外扩 ROM，并且需要单片机直接读取内部程序存储器，因此 EA/Vpp 脚直接接高电平。
• P0 口（39 脚~32 脚）：双向 8 位三态 I/O 口，每个口可独立控制。51 单片机 P0 口内部没有上拉电阻，若输出高时为高阻态，不能正常输出高电平，因此该组 I/O 口，每个口可独立控制。51 单片机 P0 口内部没有上拉电阻，若输出高时为高阻态，不能正常输出高电平，因此该组 I/O 口在使用时务必要外接上拉电阻，一般我们选择接入 10K 欧上拉电阻。
• P1 口（1 脚~8 脚）：准双向 8 位 I/O 口，每个口可独立控制，内部自带上拉电阻，这种接口输出没有高阻态，输入也不能锁存，故不是真正的双向 I/O 口。之所以称它为“准双向”是因为该口在作为输入使用前，要先向该口进行写 1 操作，然后单片机内部才可正确读出外部信号，也就是要使其先有个“准”备过程，所以才称为准双向口。对 52 单片机 P1.0 引脚的第二功能未 T2 定时器/计数器的外部输入，P1.1 引脚的第二功能为 T2EX 捕捉、重装触发，即 T2 的外部控制端
• P2 口（21 脚~28 脚）：准双向 8 位 I/O 口，每个口可独立控制，内部自带上拉电阻，与 P1 口相似。
• P3 口（10 脚~17 脚）：准双向 8 位 I/O 口，每个口可独立控制，内部自带上拉电阻。作为第一功能使用时就当做普通 I/O 口，与 P1 口相似。作为第二功能使用时，各引脚的定义如下：
  
  从图中可知，P3 口的每一个引脚均可独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能

3、51 单片机能做什么

  51 单片机主要用于“控制”，通过串口可以和 WFIF/GPS/蓝牙等模块实现无线控制，通过 AD 接口可以采集光敏/烟雾传感器/可燃气体传感器等模拟信号，还可以使用 AD 设计简易示波器。当然还包括直流电机、交流电机、步进电机、伺服电机、变频电机、电磁铁、电磁阀、LED、LCD 等等，进而由这些去驱动各种设备，应用于家电、机械加工、制造、航空航天等各行各业。
  日常生活中可采用 51 单片机设计的电子产品：智能手环，微型四轴飞行器，平衡车、扫地机、移动 POST 机，智能电饭锅，3D 打印机、机器人等。

4、怎样学好 51 单片机

• 基本外设
  GPIO 输入输出，外部中断，定时器，串口。理解了这四个外设，基本入门了一款 MCU。
• 掌握基础的数字电路和模拟电路知识
  51 单片机开发中，涉及的电路并不复杂，对于初学者来说只需要一些基础的数电和模电知识即可。比如：二极管导通特性、三极管工作原理等。至于数字芯片，只需学会看对应的数据手册即可
• C 语言能力要加强
  《C 程序设计 第四版》
  《C与指针》
  《C指针编程之道》
• 多动手编程
• 遇到问题多百度多浏览论坛
  普中科技论坛：www.prechin.net
  51 单片机论坛：http://bbs.21ic.com/icfilter-typeid-11-211.html