作者：王云
出版社：人民邮电出版社
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51单片机C语言程序设计教程试读：
前言
目前以及今后相当长的一段时间内，在单片机应用领域中，51单片机仍将占据着大量市场。51单片机是基础入门中应用广泛的一款单片机。51单片机也是学习ARM、DSP、FPGA等高端应用的基础。51单片机的品种繁多，但它们都采用了8051内核，因此只要学好一种单片机机型的原理和编程方法，就可以达到“一通百通”的学习效果。本书的内容和组织结构● 从开发的角度讲起，从零开始手把手地带领读者学习单片机技
术。● 基于单片机最小系统，介绍了单片机的基础知识以及单片机C语
言的基础知识。● 以单片机应用开发为主导，循序渐进地逐个讲解单片机的常用模
块及编程方法。● 通过实践理解数字电路的概念、C语言的基本应用以及如何将C
语言应用于实际电路中。● 讲解单片机应用的扩展知识及编程技巧，讲授单片机项目开发的
流程及方法。● 提供配套视频、课件和书中的实例代码。本书特色
本书巧妙地将对单片机原理的讲述与硬件实验设备结合起来，列举了大量有趣易懂的小例子，深入浅出地用实操案例来讲述单片机的工作原理。
本书提供有配套课件，方便进行PPT教学；书中提供完整实例代码和课后作业参考例程，所有程序代码都可以在Keil编程软件上通过调试，并在YL51开发板上验证，方便读者参考并动手实践，很多代码都可以直接移植到自己的开发项目中使用。
本书提供了大量的配套教学视频，读者用微信扫描书中的二维码可以看到视频。本书配套视频介绍
本书配套19讲教学视频分别对应本书的第1～19章。51单片机视频教程内容简介讲 内 容描 述次第如何学好单片机单片机能做什么，学习单片机需要什么，如何学好单片机技1术讲第预备知识：点亮认识单片机的由来及内部结构，单片机最小工作单元组成；2一个发光二极管单片机开发软件操作（如Keil软件开发环境认识、单片机烧讲录软件使用）第预备知识：C51简单的延时程序、子程序调用、流水灯设计3基础知识及流水讲灯设计第数码管显示原理共阳、共阴数码管显示原理、带参数子程序设计4及静态显示讲第中断与定时器原定时器工作方式介绍，重点讲述工作方式2、中断概念及中5理断函数写法、定时器中断应用讲第数码管的动态显主要介绍数码管的动态显示基本原理，及结合定时器讲述动6示原理及应用态显示的实现过程讲第按键学习：独立键盘检测、消抖、键盘编码、带返回值函数写法及应用7按键和矩阵按键讲第数模转换（D/讲述数字信号转换成模拟信号的基本原理、如何使用8A）工作原理及DAC0832的实现D/A转换讲应用第模数转换（A/讲述模拟信号转换成数字信号的基本原理、如何使用9D）工作原理及ADC0804的实现D/A转换讲应用第1602液晶显示原讲述1602液晶的显示原理，及如何对1602液晶进行程序操作10理及应用讲第串行口原理及应讲述串行口通信基本原理、重点讲述常用的串行口方式 1 的11用应用、波特率概念及如何根据波特率计算定时器初值讲22第IC总线原理和IC总线工作原理及项目开发模块化编程方法12模块化编程方法讲第红外通信原理及以红外遥控为代表，具体讲解红外通信的具体过程13应用讲第DS18B20温度传以DS18B20为代表，具体讲解单总线通信原理，从而掌握单14感器的原理及应总线器件的用法讲用第步进电机原理及以28BYJ-48步进电机为代表，具体讲解步进电机的驱动原15应用理及使用方法，从而掌握步进电机的相关知识讲第LED点阵原理及具体讲解LED点阵的驱动原理及编程方法；怎样使用点阵取16取模软件应用模软件来处理相关数据，从而简化程序设计工作量讲第DS1302实时时以DS1302为代表，具体讲解SPI总线通信原理及日历时钟的17钟与SPI接口通应用讲信原理第蜂鸣器与继电器蜂鸣器与继电器驱动原理及应用。比如用红外遥控器实现对18驱动原理及应用继电器进行吸合或断开控制，同时蜂鸣器发出按键提示音讲第PWM基础知识PWM脉冲宽度调制原理与PWM直流电机调速应用19与直流电机调速讲
视频教程的后续更新以及书中所用到的单片机开发板，大家可以到云龙科技网站了解最新详情。
最后，特别感谢对我们有所帮助的各位同事和朋友，由于作者水平有限，错误与不妥之处在所难免，不足之处请广大读者批评指正。王 云 2018年1月资源与支持
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本章主要讲解常见的单片机以及初学者常常会遇到的一些问题。如何学好单片机1.1 单片机的特点及应用
单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，得到了迅猛的发展和大范围的应用。小到玩具车、马路上的交通灯，大到航天器、机器人，无论是数据采集、工业控制还是智能化仪器仪表及通信设备，到处都有单片机的身影。其主要的应用领域如下。（1）在测控系统中的应用。单片机可以用于各种工业控制系统、自适应控制系统、数据采集系统等。例如，工业上的锅炉控制、电机控制、车辆检测系统、水闸自动控制、数控机床及军事上的兵器装备等。（2）在智能化仪器仪表中的应用。单片机应用于仪器仪表设备中促使仪器仪表向数字化、智能化、多功能化和综合化等方向发展。单片机的软件编程技术使长期以来测量仪表中的误差修正、线性化的处理等问题迎刃而解。（3）在机电一体化中的应用。单片机与传统的机械产品结合使传统的机械产品结构简化、控制走向智能化，让传统的产品向新一代的机电一体化产品转变，这是机械工业发展的方向。（4）在智能接口中的应用。计算机系统，特别是较大型的工业测控系统采用单片机进行接口的控制管理，单片机与主机并行工作，可大大提高系统的运行速度。例如，在大型数据采集系统中，用单片机对模/数转换接口进行控制不仅可提高采集速度，还可以对数据进行预处理，如数字滤波、误差修正、线性化处理等。
科技越发达，智能化的东西就会越多。单片机的应用已是社会发展的必然需求。它的应用非常广泛，已成为电子工程师的必修课。1.2 应该学什么样的单片机
本书将会以一种全新的方式来讲述单片机，就是将单片机实际开发流程作为教程。本书给出了诸多项目开发示例。通过阅读本书，读者可以掌握多种单片机的使用方法。
本书使用的是51系列的单片机。51系列单片机是新手学习的最佳选择之一，该系列的单片机相关的学习资料比较多，网上也比较好找。51系列单片机在当前市场份额比较大，在很多产品中都能找到它的身影。同时，51系列单片机也是学习ARM、DSP、FPGA等高端应用的基础知识。1.3 如何学好单片机
对于单片机的学习，可以总结为以下3点。（1）要领就是实践，从实践中发现问题解决问题，在实践中成长。单片机属于硬件，只有亲自操作才会有深刻的体会。学习单片机，最有效的方法是理论与实践并重，实践先行。（2）学习总是从模仿开始。在实际操作中，大家可能会遇到很多细节的问题，不知道如何处理。刚开始可以模仿本书，随着本书来了解单片机。（3）举一反三。完成课后作业，并可以实现原理相似的其他功能。1.4 学前准备和单片机学习开发环境的建立
除了必备的计算机、开发板和学习资料外，学习单片机还需要用到2个软件，一个是编程软件，一个是下载软件。本书用到的编程软件是Keil C51，也就是Keil的51版本；下载软件是STC-ISP下载软件。1．Keil C51编程软件
Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。与汇编语言相比，C语言在功能、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。Keil软件可以在Windows XP、Win7、Win8、Win10等操作系统上运行。2．STC-ISP下载软件
在Keil软件上将程序代码编写完整后，通过编译可以得到一个HEX文件（烧录文件）。然后使用STC-ISP下载软件把HEX文件下载到单片机芯片上运行，去实现某一功能，从而做出理想的电路及产品。Keil C51软件和STC-ISP下载软件如何使用，第2章将作详细介绍。1.5 课后作业
安装Keil C51软件和STC-ISP下载软件。第2章 单片机最小系统及Keil软件介绍
第 1 章主要是介绍单片机的学习方法，从第 2 章开始正式讲解单片机。本章通过讲解如何点亮一个发光二极管来介绍单片机的一些基本知识。通过本章的学习，大家会对单片机有一个直观的认识，并了解单片机的整个开发过程。点亮一个发光二极管2.1 单片机概述
在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成单芯片微型计算机，该单芯片微型计算机简称单片机。
单片机和其他专用芯片相比，有什么不同？大部分芯片在出厂的时候功能已经定型了，不可以再更改；而单片机不同，同样是一块芯片，它所实现的功能是由使用者输入的程序代码所决定的，并且可以修改。单片机通过不同的程序实现不同的功能，单片机是典型的嵌入式微控制器。
我们通常将以8051为核心的单片机统称为MCS51单片机，也就是51单片机。
8051是美国intel公司生产的一系列单片机中最早、最典型的产品，8031、8751、8032、8052、8752等该系列的其他单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减而来的。后来intel公司将8051的核心技术授权给了很多其他公司进行生产开发。2.1.1 各大公司MCS51单片机简介
单片机制造厂商很多，市面上的单片机种类也非常多，不同厂商推出了很多不同型号的单片机，下面给大家简单地列举一些MCS51单片机。（1）Atmel公司的MCS51单片机典型产品有AT89C51、AT89C52、AT89C53、AT89C55、AT89LV52、AT89S51、AT89S52、AT89LS51、AT89LS52等。（2） Philips公司的MCS51单片机有P80C51、P80C52、P80C54、P80C58、P87C54、P87C58、P89C51、P89C52、P89C58等。（3）Winbond公司的MCS51单片机有W77C51、W78C51、W78E51、W78E52、W78C51、W78E54、W78C51、W78E58等。（4）SST公司的MCS51单片机有SST89C54、SST89C58、SST89F54、SST89F58、SST89E58、SST89E516等。（5）宏晶公司的MCS51单片机有STC89C51、STC89C52、STC89C54、STC89C58、STC90C51、STC90C52、STC90C54、STC90C516RD等。
由于厂商和芯片型号太多，我们不能一一列举，以上这些单片机都是采用8051的核心技术开发出来的，所以它们内部资源分布、功能定义、指令代码编写基本上是一样的。本书中的程序对于它们都是通用的，不需要做任何修改，也就是说只要你学会了其中一种51单片机的操作，这些单片机便全都会操作了。学完本书后，再操作任何一个其他的单片机，都会比较容易上手。2.1.2 单片机标号信息及封装类型1．标号信息
下面我们来介绍单片机芯片上的标注信息，希望大家可以对单片机芯片有一个比较全面的了解。现在以YL51单片机开发板上使用的STC89C52RC单片机为例给大家进行介绍，图2.1和图2.2是两种不同封装的实物图。图2.1 STC89C52RC-DIP图2.2 STC89C52RC-LQFP
接下来对STC89C52RC单片机芯片上的标注信息做简单介绍。第一个芯片上的全部标号为STC89C52RC、40I-PDIP40、1428HBS967.C90C。
标识解释如下所示。
STC——芯片的生产公司，STC表示宏晶公司。这个前缀常见的有AT、P、W、SST等。其中AT表示Atmel公司，P表示Philips公司，W表示Winbond公司，SST代表SST公司。
8——该芯片是8051内核芯片。
9——芯片内部含有Flash EEPROM存储器。其他如80C51中的0表示内部含有掩膜存储器（Mask ROM），87C51中的7表示内部含有紫外线可擦除ROM（EPROM）。
C——该器件为CMOS产品。其他如89LE52、89LV52、89LS52，其中的LE、LV、LS表示低电压产品（通常它们的工作电压为3.3V），89S52中的S表示该系列的芯片带有ISP在线编程功能。
5——固定不变。
2——该芯片的内部程序存储空间的大小。1为4 KB，2为8 KB，3为12 KB，也就是该数乘以4 KB就是该芯片内部程序存储空间的大小。空间越大能装入的程序代码就越多。当然，空间越大芯片的价格也会越高。因此在选择芯片时，要根据我们的需求进行合理选择，够用就可以。这个空间的大小跟单片机的其他性能不产生关联，不影响单片机的功能。
RC——STC单片机内部RAM为512 B，RD+表示内部RAM为1280 B。
40——芯片外部晶振最高可接入40 MHz。像Atmel的单片机这个数值一般是24，表示外部最高晶振是24 MHz。
I——产品级别。I表示工业级，温度范围为−40～85℃。其他如C表示商业级，温度范围为0～70℃；A表示汽车级，温度范围为−40～125℃；M为军用级，温度范围为−55～150℃。
PDIP——产品封装型号。PDIP为双列直插式。其他如PLCC为带引线的塑料芯片封装；QFP为塑料方型扁平式封装；PFP为塑料扁平组件式封装；PGA为插针网格阵列封装；BGA为球栅阵列封装。
40——引脚个数。
1428——本批芯片的生产日期是2014年的第28周。2．芯片封装常见类型 （1）TO晶体管外形封装。
TO（Transistor Out-line）的中文意思是晶体管外形。这是早期的封装规格，例如TO-92、TO-220、TO-247等都是插入式封装设计。近年来表面贴装的市场需求量增大，TO封装也进展到表面贴装式封装，如图2.3所示。图2.3 TO封装图
TO-252和TO-263就是表面贴装封装。其中TO-252又称为D-PAK，TO-263又称为D2PAK。
D-PAK封装的MOSFET有3个电极，栅极（G）、漏极（D）、源极（S）。其中漏极（D）的引脚被剪断不用，而是使用背面的散热板作漏极（D），直接焊接在印刷电路板（PCB）上，一方面用于输出大电流，一方面通过PCB散热。所以PCB的D-PAK焊盘有3处，漏极（D）焊盘较大。（2）DIP双列直插式封装。
DIP（Dual Inline-pin Package）是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数的小规模集成电路（IC）均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。其封装外形如图2.4所示。图2.4 DIP封装
DIP封装的特点如下。
① 适合在PCB上穿孔焊接，操作方便。
② 封装面积与芯片面积之间的比值较大，故体积也较大。（3）QFP塑料方型扁平式封装。
QFP（Plastic Quad Flat Package）技术实现的CPU芯片引脚之间距离很小，管脚很细。一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100以上。基材有陶瓷、金属和塑料3种。引脚中心距有1.0 mm、0.8 mm、0.65 mm、0.5 mm、0.4 mm、0.3 mm等多种规格。其封装外形如图2.5所示。图2.5 QFP封装
LQFP也就是薄型QFP（Low-profile Quad Flat Package），指封装本体厚度为1.4 mm的QFP，是日本电子机械工业会根据制定的新QFP外形规格所用的名称。其封装外形如图2.6所示。图2.6 LQFP封装
QFP的特点如下。
① 用SMT表面安装技术在PCB上安装布线。
② 封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用。以0.5 mm焊区中心距、208根I/O引脚QFP封装的CPU为例，如果外形尺寸为28 mm×28 mm，芯片尺寸为10 mm×10 mm，则芯片面积:封装面积=(10×10) : (28×28)=1:7.8，由此可见QFP封装比DIP封装的尺寸大大减小。
③ 封装CPU操作方便、可靠性高。
QFP的缺点是：当引脚中心距小于0.65 mm时，引脚容易弯曲。为了防止引脚变形，现已出现了几种改进的QFP品种，如封装的4个角带有树指缓冲垫的BQFP；带树脂保护环覆盖引脚前端的GQFP；在封装本体里设置测试凸点、放在防止引脚变形的专用夹具里就可进行测试的TPQFP。
QFP不仅用于微处理器（Intel公司的80386处理器就采用塑料四边引出扁平封装）、门陈列等数字逻辑LSI电路，而且也用于VTR信号处理、音响信号处理等模拟LSI电路。（4）SOP 小尺寸封装。
SOP器件又称为SOIC（Small Outline Integrated Circuit），是DIP的缩小形式，引线中心距为1.27 mm，材料有塑料和陶瓷两种，如图2.7所示。SOP也叫SOL和DFP。SOP封装标准有SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28等。SOP后面的数字表示引脚数，业界往往把“P”省略，叫SO（Small Out-Line）。还派生出J形引脚小外形封装（SOJ）、薄小外形封装（TSOP）、甚小外形封装（VSOP）、缩小形SOP（SSOP）、薄的缩小形SOP（TSSOP）及小外形晶体管（SOT）、小外形集成电路（SOIC）等。（5）PLCC有引线的塑封芯片封装。
PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）的引线中心距为1.27 mm，引线呈J形，向器件下方弯曲，有矩形、方形两种，如图2.8所示。图2.7 SOP封装图2.8 PLCC封装
PLCC器件的特点如下。
① 组装面积小，引线强度高，不易变形。
② 多根引线保证了良好的共面性，使焊点的一致性得以改善。
③ 因J形引线向下弯曲，检修有些不便。
现在大部分主板的BIOS都是采用PLCC封装形式。（6）PGA 插针网格阵列封装。
PGA（Pin Grid Array Package）芯片封装形式在芯片的内外有多个方阵形的插针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列，根据引脚数目的多少，可以围成2～5圈，如图2.9所示。安装时，将芯片插入专门的PGA插座。为使CPU能够更方便地安装和拆卸，从486芯片开始，出现了一种名为ZIF的CPU插座，专门用来满足PGA封装的CPU在安装和拆卸上的要求。
ZIF（Zero Inser tion Force Socket）是指零插拔力的插座。把这种插座上的扳手轻轻抬起，CPU就可轻松地插入插座中。然后将扳手压回原处，利用插座本身特殊结构生成的挤压力让CPU的引脚与插座牢牢地接触，绝对不存在接触不良的问题。而拆卸CPU芯片只需将插座的扳手轻轻抬起，则压力解除，CPU芯片即可轻松取出。
PGA封装具有以下特点。
① 插拔操作更方便，可靠性高。
② 可适应更高的频率。
实例：intel系列CPU中，80486和Pentium、Pentium Pro均采用这种封装形式。（7）BGA 球栅阵列封装。
随着集成电路技术的发展，集成电路对封装的要求更加严格。这是因为封装技术关系到产品的功能。当IC的频率超过100 MHz时，传统封装方式可能会产生所谓的“CrossTalk”现象，而且当IC的引脚数大于208 Pin时，传统的封装方式实现有困难。因此，除使用QFP封装方式外，现今大多数的高脚数芯片（如图形芯片与芯片组等）皆转而使用BGA（Ball Grid Array Package）封装技术，如图2.10所示。图2.9 PGA封装图2.10 BGA封装
BGA一出现便成为CPU、主板、南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。
BGA封装技术可详分为以下5大类。
① PBGA（Plasric BGA）基板，它是最普遍的BGA封装类型，其载体为普通的印制板基材，如FR—4等。
② CBGA（Ceramic BGA）基板，即陶瓷基板。
③ FCBGA（Filp Chip BGA）基板是硬质多层基板。
④ TBGA（Tape BGA）基板。基板为带状软质的1～2层PCB电路板。
⑤ CDPBGA（Carity Down PBGA）基板，其封装中央有方型低陷的芯片区（又称空腔区）。
以上是最常见的几种封装类型，芯片的封装类型众多，在这里就不给大家一一列举了。其他类型的封装资料，大家可以自行查看资料。2.1.3 单片机引脚功能介绍
图2.11～图2.16是基于8051内核的AT89C52单片机实物图和对应的封装引脚图（图中NC对应的引脚表示留空，在使用时没有电路连接）。
在介绍引脚功能之前，我们先说明一下，对于8051内核的单片机而言，如果它的引脚个数是一样的，或者封装是一样的，那么它们的引脚功能就是一样的。也就是说我们编写的程序代码，不需修改就可以直接使用。其中最常见的是DIP双列直插封装，如AT89C52 是 40脚的，有些单片机也有8脚、16脚、20脚、28脚、32脚等，但40脚是最典型的。图2.11 DIP封装引脚图图2.12 AT89C52实物图图2.13 PQFP/TQFP封装引脚图图2.14 PQFP/TQFP封装实物图图2.15 PLCC/LCC封装引脚图图2.16 PLCC/LCC封装实物（正反两面）1．芯片引脚序号识别
芯片的第1脚，一般会在芯片上标记出来，有的是一个小圆坑或是一个圆点，有的是整个芯片起始脚边的标记。找到第1脚后，其他引脚的序号，是按照俯视图从第1脚开始，逆时针方向顺序递增来进行编号的。在自行焊接或装插芯片时，大家一定要注意引脚序号，装错了会导致电路异常甚至把芯片烧损。2．8051单片机引脚功能介绍
下面以图2.11 DIP封装引脚图为例，来介绍单片机的引脚功能。单片机的40个引脚大致可分为4类。
① 电源引脚：VCC、GND。
② 时钟引脚：XTAL1、XTAL2。
③ 控制引脚：RST、、ALE/、/VPP。
④ I/O引脚：8051共有4个8位并行I/O端口，为P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。
各引脚含义如下。
VCC（40脚）：单片机电源正极，不同类型单片机的接入电源电压会有不同，通常为+5V，如果是低压为+3.3V。大家在使用前，请查看单片机对应的数据手册。
GND（20脚）：单片机电源负极，接地端。
XTAL1（19脚）、XTAL2（18脚）：时钟电路引脚。XTAL1接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。若使用外部时钟，该引脚必须接地。XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器反相放大器的输出端。若使用外部时钟，该引脚接外部时钟的输入端。
RST（9脚）：单片机复位引脚，持续时间超过两个机器周期的高电平引起系统复位。也就是说程序将从头开始运行。（29脚）：外部程序存储器选通信号输出引脚，在读外部ROM时低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。随着技术的发展，单片机的内部存储ROM越做越大，已经能满足使用需求，基本没人再去扩展外部ROM。在设计电路时，该引脚一般悬空，不作使用。
① 内部ROM读取时，不动作；
② 外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次；
③ 外部RAM读取时，跳过两个脉冲不会输出；
④ 外接ROM时，与ROM的OE脚相接。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]