51单片机入门基础

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

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

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。
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。
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。

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;。
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;
}
```
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

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。
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。
电源适配器：为开发板提供稳定的电源，一般为5V直流电源。
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

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。
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。
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。

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。

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
    }
}

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。
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。
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。

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。

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
        }
    }
}

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。
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。
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。

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。

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1ms
    TL0 = 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);
}