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1.何为单片机

单片机，英文Micro Controller Unit，简称MCU 。内部集成了中央处理器CPU、随机存储器ROM、只读存储器RAM、定时器/计算器、中断系统和IO口等一系列电脑的常用硬件功能 单片机的任务是信息采集（依靠传感器）、处理（依靠CPU）和硬件设备（例如电机，LED等）的控制 。单片机跟计算机相比，单片机算是一个袖珍版计算机，一个芯片就能构成完整的计算机系统。但在性能上，与计算机相差甚远，但单片机成本低、体积小、结构简单，在生活和工业控制领域大有所用。 同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的**选择。

单片机工作的基本时序

我们都知道在学校是通过铃声来控制所有班级的上下课时间，我们都知道单片机执行指令的过程就是从ROM取出一条指令执行来完成它在各个地方的作用，那它什么时候取指令这个是顺序呢？这里引入一个时序的周期，每访问一次ROM的时间，就是一个机器周期的时间。

1个机器周期 = 6个状态周期 = 12个时钟（振荡）周期  

时钟周期：即单片机的基本时间单位，若晶体的频率=12MHZ，那时钟周期 = 1/12MHZ，一个时钟周期 = 1/12MHZ = ¹⁄₁₂₀₀₀ 000每秒

机器周期：即12x1/12 000 000 =0.000001s = 1us,访问一次ROM取指令的时间就是1us

2.单片机命名规则

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3.单片机内部结构

重点需记：单片机管脚

1.电源：Vcc：正极     Gnd：负极             2.XTAL：单片机时钟引脚，外接晶振

3.RST：复位

4.开发板介绍

开发板原理图

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通过高低电平控制led亮否

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通过延时函数使led闪烁

位运算做法：

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通过任意延时函数去简化步骤

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取消按键时的抖动，使单片机稳定判断状态。按一次亮，按一次灭。

也可以直接用P2--；代替最后两句，完成二进制运算。

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1.常见数码管

2.控制数码管显示的原理图

3.管脚定义（对应字母控制对应位置亮）：上面的为共阴极、下面的为共阳极（可以理解为3,8管脚处为供电，三角形尖尖有一横的是负极，所有共阴极），两个图中的数字为引脚：

4.下面为多个数码管，PCB板的4个为一体，同样上面为共阴极、下面为共阳极的原理图：

5.STC89C52实现数字显示

①原理图是共阴极（上面给0、下给1亮）

②138译码器：输入3（ABC,读的时候是从下读 C B A ）个口，控制输出8个口，输出口连接共阴极的，是0还是1，在这里控制：使能端连接（按下图给1和0就可以用了）

通过CBA给数字0和1二进制转换10进制（得到数字几）就控制Y几，Y0头上“—”是表示低电平有效（即给0）：

③双向缓冲，高电平往低电平送数据

CC2电容作用：滤波电容，稳定电源，确定电路稳定性，提高电路工作性能可靠运行；

RP4：排阻，限流，防止电流过大

④这里的P01......P07,就是用P0口，后面代码就是通过P0口控制灯的

只有Y5为0，其他Y0...Y7都为1；

读取顺序都是从下到上

⑤代码控制公共端，从下往上写：

二进制101转换为1十进制为5，控制Y5，即公共端的LED6；

要显示下图的数字6

代码实现如下（P2控制共阴极，P0控制显示数字）及结果；

 ⑥优化操作代码：通过数组，子函数来优化代码

要显示的数字对应的值

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注释掉上面的延时调用，旁边的管会有些影响，需要消影，段选、位选影响造成串位，如下代码消除；

了解

1）驱动，先会用，后续有详细内容：

2）模块化，功能函数用点C文件写，点H文件声明函数，在main函数文件引入头文件直接调用：

3）注意事项

4）预编译

5）延时函数文件

6）头文件延迟

7）主函数文件程序入口：

8）数码管模块，用到的头文件要引用：

9）数码管模块头文件

10）函数调用

11）显示

1）调试工具原理图

2）模块化代码，下完放到自己工程目录下：



3）将下好的两个文件添加到工程：

4）文件主要内容如下：

5）main函数调用：

6）显示其他管脚冲突，所有会一起显示：

7）其他函数的调用及功能，可以设置显示位置和范围：

8）需要用到延迟函数：可以直接将前面模块化文件复制到工程目录下，添加进来引用即可；

9）娱乐：小计时器



1）基础介绍：

P14-P17给0就代表扫描，其他给1（没选中），一次只能扫描一行；P10-P13给0表示按下，给1表示没按下；（逐列扫描）

2.代码实现：

①：创建工程并把“Delay”与“LCD1602”的模块加入此工程中。

②：编写MatrixKey(矩阵）代码

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③.编写主函数

④.软件使用小技巧

快速生成常用格式代码：

设置，完成后双击就可以生成了：

1）：把6-1文件全部cv到6-2工程文件中

2）：代码实现

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1）介绍，Delay前面CPU是一直在等的，用定时器在Delay时可以去检测按键，提高CPU利用率：

2）模式1最常用：

3）模式：时钟--计数最大65535（计数系统TL0TH0：每来一个脉冲+1方法计数）-TF0(标志位，到最大了回到0)-中断：

4）非门与门图形为控制部分（TR0是否启动暂定）

5）定时器部分：

6）时钟可以由系统提供（上图，晶振），也可以由外部T0P提供（如下图引脚）

7）C/T,给1连上面为控制器，给0连接下面为定时器（如下图）：

8）中断系统：

9）中断资源

10）定时器和中断系统

11）定时器相关寄存器

1.TMOD寄存器工作模式，定时器0配置使用（不可位寻址，只能整体赋值）

2.定时器模式1：门控端给0，就是tr0单独控制：C/T，T这里有一横表示低电平有效，就给0是用T（定时器模式），给1用C（控制器模式），M1,M0工作模式选择

3.TCON控制寄存器（可位寻址，可以单独每一位赋值）

中断溢出标志位：

TF=0（等于1产生中断）;

TR0=1（定时器是否开启，给1开始，电机开始工作）；

IE0、IT0：控制外部中断引脚，可以不配置

4.定时器配置  TH0TL0

TH0TL0 分开储存

代码优化，TMOD问题（不可位寻址）配置两个的时候，后面的会把前面的覆盖；

因此，可采用“与或”法设定TMOD

 

5.中断配置T0-->ET0=1--EA=1，PT0=0

6.定时器配置完成，模块化编程

 7.定时器中断函数模板

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8.独立按键模块

9.主函数

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1.把LCD1602液晶显示、延迟、定时器、的代码复制到工程目录下，导入；

2.主函数包含其他模块头文件并初始化；

3.复制定时器中断函数到main函数下：

4.定义变量，秒计数、分、小时并显示：

5.代码综合

1）介绍

2）向单片机发送数据（下面框），返回（上框）

3）DB9串口传输数据（注意使用的电压是否一致）使用RS232或RS485电平

4）知识点

①硬件电路

注：最少需要三根线实现双向通信：TXD，RXD，GND。VCC不一定需要，可独立供电。

②电平标准 

 

 差分信号优点：传送距离远（1km+）   TTL与RS232（10m）

③常见通信接口比较

 CAN总线：常用于汽车领域，因为使用的是差分信号传输，传输距离远、稳定。

通信方式的相关术语：

④51单片机里的UART串口 

 

 

   中间部分用来控制波特率，依靠定时器来约定速率，T1的溢出率通过分频后来控制收发器的采样时间。

  SBUF：收发数据后，会产生相应的TI（发送中断）/RI（接收中断），继而进入中断函数，进行相应的中断函数内部的操作。

 配置ES、EA，PS此时不需要配置，因为只有一个中断，不需要进行优先级判断。

 配置好SCON和PCON，读SBUF，配置定时器T1，打开EA和ES，即串口可以开始工作。

1）将延迟函数复制过来并导入工程里面；

2）配置串口控制寄存器，配置模式1最常用，REN允许接收给1，不允许接收给0（也可以给1外面不给发就行）；

3）TI、RI发送完置1（硬件只负责），但必须软件复位置0；

 故SCON=0x40

PCON

4）配置定时器

这里定时器1，没有定时器0，所有要把高位修改（不影响高低位配置用“”& |“”这两个方式）

选择8位自动重载模式

5）可以直接用STC-isp来配置串口 

系统频率根据板子选择，波特率4800，波特率发生器选择8位自动重载，时钟12T

6）发送数据的函数

7）发送单项数据

8）模块化

9）数据显示模式 

1）每一秒发送一个递增的数字

 2）电脑通过串口控制LED灯，并且返回电脑读入的数据

1.需要打开串口的中断功能

SCON = 0x50;  EA=1;ES=1; 

注：要分清这里是禁止了定时器1的中断功能，只是让它的溢出率去开启串口收发的功能，中断的产生是由于串口收发数据产生的中断。

2.编写串口中断函数

串口中断函数模板：

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3.整体代码

1.介绍：

2.显示原理

3.相关图

①：led矩阵图——经测试，P0控制列，D控制行

②：开发版引脚对应关系：

③：74HC595 

 加-,低电平有效

OE： 使能，output enable，接低电平工作，高电平不工作。

RCLK：寄存器时钟，register clock

SRCLR：串行清零端

SRCLK：串行时钟 

SER：串行数据

运行方式：类似队列

④：总结：使用步骤：进行行列的选择——列由P0口控制，因此给P0赋值就能控制列。行需通过74HC595来间接控制。

示例代码1-点阵屏显示图形

1)sfr与sbit，可位寻址与不可位寻址。

2） 进行位声明，方便操作。

3）编写子函数——控制74HC595把字节数据输出给D的8个引脚。

4） 编写LED矩阵显示的子函数

5）  自己设计图形，调用函数输入数据，即可显示；

示例代码2-点阵屏显示动画

1）把示例1的代码模块化

2）定义要显示的动画的数组，并初步检测是否显示正常

3）实现动态显示

 

上述代码实现的是流水式的动画，也可以改变offset去实现逐帧动画。

4）定义的Animation是放在RAM中的，有空间限制，浪费RAM空间。所以可以加个code，把它放在flash里，但此时不可在主函数里改变数组内容。

1.介绍

定时器计时的缺点：1.精度不高  2.消耗单片机的CPU  3.断电不能继续计时

而时钟芯片精度高，且有备用电源，掉电可以用备用电源继续计时。

2.时钟芯片的引脚定义和应用电路

①：两种封装模式：直插封装和贴片封装  ②：分为三部分：电源部分，时钟部分，数据交互部分

3. 内部结构框图

4.内部寄存器的定义

秒，分，时，日，月，年，星期，年，wp（write protect，写保护），涓流充电

前两列的为 ：命令字——

5. 时序图

前八为指定读还是写，后八位读出或者写入指定的数据。

上升沿写入，下降沿读出。

6.BCD码

1.时钟

1）创建工程，cvLCD1602的文件，并开始模块化编写DS1302的模块

2） DS1302模块的子函数编写

3）初步测试 

结果会发现，数字到9后会直接到16……，这是因为寄存器数据是以BCD码存储的，只需将Second改为Second/16*10+Second%16，就可以转化成十进制，正常显示。

4） 定义一下各个寄存器的地址，方便操作；再定义一个存储时间的数组；

5） 编写DS1302的另外两个子函数——①：设定时间 ②：读出时间     并声明为外部可调用的函数和数组；

6） 编写主函数，调用函数在LCD显示屏上显示时间

2.功能化时钟——可以用独立按键设置要显示的时间

1）需要用到的模块

DS1302模块，LCD1602模块，独立按键key模块，定时器Timer0模块，延时函数模块；

2）编写主函数

主要分为四大部分：时钟模式选择，显示时间，设置时间（选择设置的时间位置，调整时间大小，利用定时器中断去实现选择的时间的位置的动态显示），更新显示新的时钟。

1）介绍

 NPN：高电平导通     PNP：低电平导通

由P15的高低电平取反控制BZ的高低电平

 2）乐理知识

①：介绍C1-C2升高8度。往右升高，往左降低：相邻半音黑白，1对应中央C1，i表示升即C2部分，降低8度下面加一个点，降低2个8度，下面加两个点（白键）；相邻两个键为半音#：升高半音，b:降低半音。

②：-表示时长，如图中的665-，其中5占两个节拍，

③：音符

 一般以四分音符为一个基准

④：音符频率对照

⑤：以a440hz为基准，到另一个a，中间等比12频分，

 ⑥：单片机晶振芯片每秒震荡的次数称为时钟频率，震荡一次所需时间称为振荡周期。12个震荡周期是一个机器周期，机器频率=晶振频率/12，计时周期=1/机器周期，即每过一个计时周期，定时器计数+1；

给定时器的TL和TH赋重装载值，使定时器每过所需周期的一半时计数+1（因为需要给震荡信号，故计数周期=原周期的二分之一），从而使蜂鸣器发出对应频率的声音。

3）实例代码

1.蜂鸣器鸣响

①：蜂鸣器模块函数

②：主函数——按下独立按键，在数码管上显示按的第几个键，并且蜂鸣器鸣响。

 

2.蜂鸣器演奏音乐—有时间再补

1.存储器介绍

RAM：存储速度快，但是掉电丢失   ROM：掉电不丢失，但是速度慢。

2.AT24C02介绍

引脚及应用电路

 

3. I2C总线

 

I2C通信 时序结构：

 

 

 

 

 

 

4.示例程序

1——用独立按键设置想要写入的数据，并读出显示在LCD上，断电不丢失。

①：程序编写整体思路：编写I2C模块，AT24C02模块，main模块

②：编写I2C模块

先进行位声明，再分别编写子函数，开始，结束，发送和接受一个字节，发送和接收应答位

 

③：编写AT24C02模块

先定义一下AT24C02的地址，写是0xA0,读是0xA1；

再用I2C里的函数去编写写入一个字节和读出一个字节的函数

 

④：编写main模块

用独立按键控制想要写入的数据，并读出显示在LCD上，断电不丢失。

 

2——秒表（用定时器扫描数码管）

①：先创建新的工程，包含所需的模块——独立按键，数码管，延迟函数，定时器，AT，I2C

②：改造独立按键模块——用定时器扫描独立按键

这样就不用像原来一样在检测时停在while死循环里，影响主函数进程

 

③：改造数码管模块——改造成用定时器扫描数码管

先在main模块的中断函数里加上一个计数定时器的T0Count2，这样每隔一段时间就会调用一下NixieLoop函数，而NixieLoop函数会不断扫描并在数码管上显示每一位数字。NixieSetBuf函数会根据输入的位置和数字改变Buf数组里的值，继而让NixieLoop扫描显示对应的值。

 

④： 编写主函数

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1.介绍

 2.引脚及应用电路

3.内部结构框图

最后一列分别是：温度传感器（内部的模拟温度传感器，能进行数据的转换），存储高报警位的EEPROM，存储低报警位的EEPROM，调节精度，校验码

前两个字节分别存储数据的低位和高位

总体思路：先发送温度转换的指令，再发送读数据的指令。因此，我们接下来要学习，如何通过单总线来发送数据和接收数据。

4.单总线介绍

①：介绍

  ②：时序结构

 

5.DS18B20操作流程

 本节需要的指令SKIP ROM，CONVERT T：让温度转换器进行数据的转换，READ SCRATCHPAD：读暂存器，依次读出每一个字节。

 

 

包括符号，整数部分，小数部分，其中负数以补码形式存储

1-DS18B20温度读取

①：整体思路——先写OneWire模块（包括初始化，发送一位，读出一位，发送一个字节，接收一个字节），再写DS18B20模块（包括温度转换指令函数，读取数据函数），最后编写main函数。

②：OneWire模块编写

③：DS18B20模块编写

④：main函数

实例代码2-DS18B20温度报警器

①：要用到的模块：AT24C02，Delay，DS18B20，LCD1602，OneWire，I2C，key，Timer0

②：main函数

为防止定时器扫描按键时会打断OneWire的传送与接收

可以在OneWire里先关闭EA，再打开EA。

1.介绍

 2.引脚及应用电路

   3.内部结构框图

 4.存储器结构

 5.时序结构

 6.LCD1602指令集

 

7.LCD1602操作流程

之后可以在main函数里调用流动的指令，实现流动字幕

1.介绍

2.电机驱动电路

大功率器件直接驱动：只能使电机朝着一个方向转，不具备调换电机正反方向的功能。

H桥驱动：可以控制电机正反转。

3.电机调速——PWM介绍

给电全速转，不给电不转，利用惯性，可以设置一个在周期内高电平与低电平的时间，使之呈现中间速度

 

1.LED呼吸灯——用来理解PWM

2.电机调速 

①：创建新工程，需要用到的模块：Delay，Timer0，Nixie，key

②：main函数编写

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1.介绍

2.硬件电路模型

3.实际硬件电路

4.运算放大器

四大运算放大器的经典电路

5.DA原理

6.AD

7.AD/DA性能指标

8.XPT2046

SPI通信：CS：片选，DCLK：时钟，DIN：数据输入，DOUT：数据输出

每个从机单独有个CS与主机连接，剩下三根线共用

1.AD模数转换——在LCD上显示滑变，热敏电阻，光敏电阻的值

①：需要的模块：Delay，LCD，XPT2046

②：XPT2046模块的编写

先进行位声明，再写读取AD值的函数，读AD值，要给一个命令字，说明以什么模式读取的什么部位的AD值

③：main函数

2.DA数模转换——实现呼吸灯

①：用PWM的工程改造即可

②：换IO口，把Motor换成DA的口，再结合PWM调速，即可实现。

1.介绍

2.硬件电路

3.基本发送与接收

4.NEC编码

5.51单片机的外部中断

1.红外遥控显示按键键码

①：配置外部中断INT0，并编写设置定时器时间和读取定时器时间，以及控制定时器开启的子函数

②：编写红外遥控模块IR

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③：编写main

2.红外遥控控制电机调速

①：改造电机调速的文件

②：因为按键和红外遥控都用了定时器0，因此我们先把原本按键的定时器0改为定时器1

main函数部分做对应调整

③：Motor模块封装

④：加入红外模块，改造main函数