AutoLeaders控制组——51单片机学习笔记（二）

模块化编程

是把各个模块的代码放在不同的.c文件里，在 h 文件里提供外部可调用函数的声明，其它.c文件想使用其中的代码时，只需要 #lnclude " xxx.h "文件即可。使用模块化编程可极大的提高代码的可阅读性、可维护性、可移植性等。

.c文件：函数变量的定义

以下为delay.c代码

void delay(unsigned int a)	
{
	unsigned char data i, j;
	do
	{
		_nop_();
		i = 2;
		j = 199;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
	}while (--a);
}

.h文件：可被外部调用的函数

以下为Delay.h代码

#ifndef __DELAY_H__ //如果没有定义，防止重复包含
#define __DELAY_H__ //开始定义

void Delay(unsigned int xms);

#endif//与#ifndef，#if匹配，组成括号

知识点补充

#define PI 3.14可以定义PI，将PI替换为3.14
#ifdef,#if,#else,#elif,#undef都是存在的
在.c文件中任何自定义的的变量、函数在调用前必须有定义或声明，如函数中有出现REGX52.h中的P2变量，就需要在代码最前面加上#include

LCD1602调试工具

可以作为调试窗口，提供类似printf函数的功能
函数模块由视频提供，以下是一些常用函数和作用

LCD_Init();//初始化
LCD_ShowChar(1,1,'A');//显示一个字符
LCD_ShowString(1,3,"Hello");//显示字符串
LCD_ShowNum(1,9,123,3);//显示十进制数字
LCD_ShowSignedNum(1,13,-66,2);//显示有符号十进制数
LCD_ShowHexNum(2,1,0xA8,2);//显示十六进制数字 
LCD_ShowBinNum(2,4,0xAA,8);//显示二进制数 

前两个参数表示显示位置，前一个为行位置，后一个为列位置。数字需要给出显示长度

矩阵键盘

在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式
采用逐行或逐列的“扫描”，就可以读出任何位置按键的状态
可以使用2n个I/O口来检测n*n个按键的状态，如下图所示

矩阵键盘扫描

原理：轮流将P10到P13置为0，检测P14到P17是否为低电平，假设P13置为0读到P17为低电平，根据图片可确定S1被按下。然后快速循环这个过程，最终实现所有按键同时检测的效果。

代码实现

unsigned char MatrixKey()
{
	unsigned char Key=0;
	P1=0xFF;
	P1_3=0;
	if(P1_7==0){Delay(10);while(P1_7==0);Delay(20);Key=1;}
	if(P1_6==0){Delay(10);while(P1_6==0);Delay(20);Key=5;}
	if(P1_5==0){Delay(10);while(P1_5==0);Delay(20);Key=9;}
	if(P1_4==0){Delay(10);while(P1_4==0);Delay(20);Key=13;}
	P1=0xFF;
	P1_2=0;
	if(P1_7==0){Delay(10);while(P1_7==0);Delay(20);Key=2;}
	if(P1_6==0){Delay(10);while(P1_6==0);Delay(20);Key=6;}
	if(P1_5==0){Delay(10);while(P1_5==0);Delay(20);Key=10;}
	if(P1_4==0){Delay(10);while(P1_4==0);Delay(20);Key=14;}
	P1=0xFF;
	P1_1=0;
	if(P1_7==0){Delay(10);while(P1_7==0);Delay(20);Key=3;}
	if(P1_6==0){Delay(10);while(P1_6==0);Delay(20);Key=7;}
	if(P1_5==0){Delay(10);while(P1_5==0);Delay(20);Key=11;}
	if(P1_4==0){Delay(10);while(P1_4==0);Delay(20);Key=15;}
	P1=0xFF;
	P1_0=0;	
	if(P1_7==0){Delay(10);while(P1_7==0);Delay(20);Key=4;}
	if(P1_6==0){Delay(10);while(P1_6==0);Delay(20);Key=8;}
	if(P1_5==0){Delay(10);while(P1_5==0);Delay(20);Key=12;}
	if(P1_4==0){Delay(10);while(P1_4==0);Delay(20);Key=16;}
	return Key;
}

定时器

是单片机的内部资源。
作用：用于计时系统，可实现软件计时；使程序每隔一段时间完成一次操作（如输出输入扫描）；替代长时间的Delay来提高CPU的运行效率和处理速度

硬件方面

STC89C52中有3个定时器T0，T1，T2
T0和T1的操作方式是所有51单片机共有的

定时器工作简述

时钟提供时钟脉冲–>每个脉冲计数单元内的值加一，一直到溢出–>发送中断，执行任务

工作模式1：16位定时器/计数器

（以下代号都以T0计时器举例）
SYSClk：即System Clock系统时钟，由晶振决定
12T mode与6T mode：12T是系统走12时钟后产生一次脉冲
C/T非：当置1 ，多路开关连接到外部脉冲输入P3.4/T0 ，即 T0 工作在计数方式。当置0 ，多路开关连接到时钟脉冲，即 T0 工作在定时方式中。
TR0，GATE，INT0非：通过图中逻辑门共同控制是否让脉冲计数单元接收脉冲。
TL0和TH0：组合起来是脉冲计数单元，溢出时产生中断。

---

TCON：控制了定时器T0中的TF0，TR0，IE0，IT0；
TL0和TH0：组合起来是脉冲计数单元，溢出时产生中断。
TF0：标志是否产生了中断，产生后置为1，当cpu响应了中断后自动置为0。
TR0：名义上是T0的运行控制位，但实际上还得看GATE和INT0的脸色。
IE0：外部中断0请求源，别的中断程序在请求中断时，置为1
IT0：脉冲计数单元接收脉冲（待补充）
M1和M0：组合来确定模式，01组合为模式1
（TCON和TMOD不能一位一位赋值即不可位寻址，需要利用与或式赋值法）

中断系统（只针对定时器0简单讲讲）

当cpu收到中断请求，会暂停主程序去执行中断处理程序，处理完成后再返回主程序
如果有多个不同优先级的中断请求，则会先执行高优先级的中断程序
!
EA：中断产生总开关（Enable All）

定时器1中断

ET0：允许定时器0中断产生
PT0H，PT0：共同确定中断优先级，规律额是PT0+2*PT0H大，优先级高

程序方面

相关代码

初始化定时器0的代码

void Timer0_Init(void)	//1ms
{                    //以下TMOD利用与或赋值法赋值
	TMOD &= 0xF0;	//保留高4位，清除了低4位
	TMOD |= 0x01;	//将 0001B写入低4位
	TL0 = 0x66;		//设置定时初始值（低8位）
	TH0 = 0xFC;     //设置定时初始值（高8位）
	TF0 = 0;//清除TF0标志
	TR0 = 1;//定时器0开始计时
/*-----以上可以由stc-isp生成-----*/
	ET0=1;//定时器0中断开关
	EA=1;//中断总开关
	PT0H=1;PT0=1;//设置优先级
}

中断程序样例代码

void keep_show() interrupt 1
{
	static unsigned int T0Count;
    TL0 = 0x66;			//重新赋初值
	TH0 = 0xFC;			
	T0Count++;
	if(T0Countt>=20)//每20ms显示一次
	{
		Nixie(p,num);
		T0Count=0;	
	}
}

编写注意事项

用STCISP生成代码时，选择定时器，定时器模式，定时器时钟，按需求选择。
中断程序后面要加中断号。
定时器能给的时间往往比较小，需要在内部嵌套计数直到一定次数再执行需要的程序。
定时器内部的函数占用时间不能太长。

各类中断的中断号

串口通信

51单片机内部自带URAT，异步收发器，实现串口通信（不支持流控制）

硬件电路和补充知识

简单双向串口通信

简单双向串口通信有两根通信线
TX：transmit
RX：receive
要交叉连接

当只需要单向的数据传输时，可以直接一根通信线
当电平标准不一致时，需要加电平转换芯片

串口常用电平标准

TTL +5V为1 0V为0
RS232 -3~-15V表示1，+3~+15V表示0
RS485 两线压差+2~+6V表示1，-2~-6V表示0（差分信号）

常见通讯

名称	引脚定义	通信方式	特点
UART	TXD、RXD	全双工、异步	点对点通信
I²C	SCL、SDA	半双工、同步	可挂载多个设备
SPI	SCLK、MOSI、MISO、CS	全双工、同步	可挂载多个设备
1-Wire	DQ	半双工、异步	可挂载多个设备

此外还有CAN，USB等利用总线通信。
全双工：通信双方可以在同一时刻互相传输数据
半双工：通信双方可以互相传输数据，但必须分时复用一根数据线
单工：通信只能有一方发送到另一方，不能反向传输
异步：通信双方各自约定通信速率
同步：通信双方靠一根时钟线来约定通信速率
总线：连接各个设备的数据传输线路（类似于一条马路，使住户可以相互交流）

51单片机的UART

工作模式

模式0：同步移位寄存器
模式1：8位UART，波特率可变（常用）
模式2：9位UART，波特率固定
模式3：9位UART，波特率可变

参数

波特率：通信速率
校验位：校验位用于数据验证（类似身份证最后一位）
停止位：用于数据与数据的间隔

串口模式图

SBUF：是收发数据的缓存，实际上是2个独立的寄存器但共用一个地址，读写时用的寄存器不同，所以可以双向通信
波特率的控制：配置T1（且只能用T1且8位自动重装）来控制收发速率，根据T1的溢出率
发送控制器和接受控制器：根据定时器确定的波特率来收发数据，有数据需要传输时利用TI和RI向中断系统请求中断（ES需要置1）

SM0和SM1：确定工作模式
REN：receive enable，允许接收
TI，RI：发送/接收完毕后置为1，必须软件进行置为1
SMOD：波特率选择位，加倍还是不加倍
SMOD0：是否进行帧错误检测

波特率的计算

已知需要的波特率为4800（HZ）
那么需要乘以16，再看SMOD是1还是0，是0就乘2
得到的是T1的溢出率（较小），系统晶振除以溢出率再除以12
得到的就是TL1加多少溢出的这一个数值

以下是个人对晶振为11.05942的验算

4800乘以16为 76800
11.05942乘以10的6次方再去除以15360除以12为 12
0xFF-0x0C+1=0xF4

程序相关

URAT初始化（由STCISP生成）

void UART_Init(void)	//[email protected]
{
	PCON |= 0x80;		//使能波特率倍速位SMOD
	SCON = 0x50;		//8位数据,可变波特率
	/*---上为串口设置，下为定时器设置-----*/
//	AUXR &= 0xBF;		删去定时器时钟12T模式
//	AUXR &= 0xFE;		这是默认的（串口1选择定时器1为波特率发生器)
	TMOD &= 0x0F;		//设置定时器模式
	TMOD |= 0x20;		//设置定时器模式
	TL1 = 0xF4;			//设置定时初始值
	TH1 = 0xF4;			//设置定时重载值
	ET1 = 0;			//禁止定时器中断
	TR1 = 1;			//定时器1开始计时
}

发送函数

void UART_SendBy(unsigned char Byte)
{
	SBUF=Byte;
	while(TI==0);//发送没结束
	TI=0;//发送结束后TI被置1，需要被置为0
	Delay(1);//防止发送特定数据时出错
}

接收函数

 //写在main.c中。
void UART_Routine() interrupt 4
{
    if(RI==1)//要确定是在接收数据
    {
	    a=SBUF;//假设a是一个全局变量
        RI=0;
    }
}

在中断函数中不应该调用主函数中出现过的函数

数据显示模式

HEX模式是以原始数据的形式显示
文本/字符模式是以原始数据编码后的形式显示，具体参照记忆中的高中信息技术课本最后一页ASCII码表

LED点阵屏

硬件相关

点阵屏的结构

开发板上LED的点阵为8x8

LED的驱动是8个IO口和移位寄存器共同控制的（74HC595，用了3个IO口）控制
P0控制了水平方向的引脚
移位寄存器控制了竖着方向的引脚

74H595移位寄存器

OE：置0为输出使能，相当于开关
RCLK：上升沿锁存，每个上升沿（从0到1）使得寄存器中数据输出到对应引脚
SER：数据输入处
SERCLK：上升沿移位，每个上升沿（从0到1），使得数据移位
SRCLR：数据清零用，因为接在了VCC，不会清空
QH’：用于级联多个芯片来组成高于8位的移位寄存器，接到另一个芯片的SER

补充知识

单片机输出的高电平不能用于驱动二极管发光
但可以经过三极管来提高电流大小，从而驱动功耗较大的的器件
sfr（special function register）：特殊功能寄存器声明
sfr P0 = 0x80;
声明P0口寄存器，物理地址为0x80
sbit（special bit）：特殊位声明
例：sbit P0_1 = 0x81; 或 sbit P0_1 = P0^1;
声明P0寄存器的第1位
如果对不可位寻址的地址中的某一位进行修改，需要用&，|，^(与，或，异或)来操作
如果对于地址a，需要修改其中从右往左第3位为1，模拟代码如下

a&=0xFB; //aaaa aaaa & 1111 1011 = aaaa a0aa
a|=0x00; //aaaa aa0a | 0000 0100 = aaaa a1aa

如果置为0，可略去或运算
如果要对特定位置反，就可以使用异或运算

程序编写

移位寄存器的写入函数

觉得可以对课程的函数进行如下调整，这样就不用再写初始化函数了

sbit RCK=P3^5;		//RCLK
sbit SCK=P3^6;		//SRCLK
sbit SER=P3^4;		//SER

void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	RCK=0;//B
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		SCK=0;//A
		SER=Byte&(0x80>>i);
		SCK=1;
		//SCK=0;移到上面A
	}
	RCK=1;
	//RCK=0;移到上方B
}

LED矩阵单列显示

void MatrixLED_ShowColumn(unsigned char Column,Data)
{
	_74HC595_WriteByte(Data);
	MATRIX_LED_PORT=~(0x80>>Column);
	Delay(1);//保持短时显示
	MATRIX_LED_PORT=0xFF;//消影
}

动画显示

思路上是写一个数组来表示动画的每一帧

//动画数据
unsigned char code Animation[]={
    0x78,0x84,0x82,0x41,0x41,0x82,0x84,0x78,
    0x00,0x38,0x44,0x22,0x22,0x44,0x38,0x00,
    0x00,0x00,0x78,0x24,0x24,0x78,0x00,0x00,
};//这是收缩的爱心（__的任务罢了）

void main()
{
	//MatrixLED_Init();
    unsigned char i,Offset=0,Count=0;
    while(1)
    {
        for(i=0;i<8;i++)    //循环8次，显示8列数据
        {
            MatrixLED_ShowColumn(i,Animation[i+Offset]);
        }
        Count++;            //计次延时
        if(Count>15)
        {
            Count=0;
            Offset+=8;      //偏移+8，切换下一帧画面
            if(Offset>16)
            {
                Offset=0;
            }
        }
    }
}

补充知识

unsigned char code Animation[]={
    0x3C,0x42,0xA9,0x85,0x85,0xA9,0x42,0x3C,
    0x3C,0x42,0xA1,0x85,0x85,0xA1,0x42,0x3C,
    0x3C,0x42,0xA5,0x89,0x89,0xA5,0x42,0x3C,
};

代码中的code表示把数据保存在flash芯片中，而不是内存。
如果数据较大且是只读的可以放在flash芯片中。
内存内数据的操作速度更快，但大小有限。

DS1302实时时钟

硬件知识

DS1302是有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片，有年月日周时分秒的计算。
有些单片机会写带RTC即Real Time Clock，实时时钟
优点：精度高，不占用单片机CPU，如果接了备用电池可以掉电继续运行。
不同的时钟芯片可能内置电源内置晶振等，具体看手册。

引脚定义和应用电路

VCC1：接备用电池正极（本开发板内无备用电池）
VCC2：接电源
X1，X2接32.768KHz的晶振，通过内部电路可以产生精确的1Hz震荡
SCLK：串行时钟
IO：数据输入输出口（要基于一定通信协议）
CE：芯片使能（chip enable）其实是控制能否被外部控制

内部寄存器

WP：写入保护（write protect），置为1表示不许写入

BCD码

用4位二进制数来表示1位十进制数
是时钟芯片内部寄存器采用的方式

数据读写

芯片内部有输入移位寄存器，用IO口和SCLK来控制。
输入数据的原理类似74H595寄存器，
但读取数据，内部的数据会反馈到IO口上，于SPI通信相似

时序定义

写：
会先发送一个命令字，再发送要写入的数据
读：
会先发送一个命令字，再去接收要读取的数据
SCLK的每个上升沿IO口的电平会写入，除了读取命令的后八个字节。
在读取操作的后八个字节，每个下降沿，芯片会把数据放在IO口上。
发送顺序：先发低位置，再发高位。

命令字

第6位：0操作时钟，1操作RAM
第0位：0为写，1为读

代码编写

单字节写入

void DS1302_WriteByte(unsigned char Command,Data)
{
    unsigned char i;
    DS1302_CE=1;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        DS1302_IO=Command&(0x01<<i);
        DS1302_SCLK=1;   //在上升沿写入数据
        DS1302_SCLK=0;  
    }
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        DS1302_IO=Data&(0x01<<i);
        DS1302_SCLK=1;
        DS1302_SCLK=0;
    }
    DS1302_CE=0;
}

单字节读取

unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char Command)
{
    unsigned char i,Data=0x00;
    Command|=0x01;  //将指令转换为读指令
    DS1302_CE=1;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        DS1302_IO=Command&(0x01<<i);
        DS1302_SCLK=0;
        DS1302_SCLK=1;
    }
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        DS1302_SCLK=1;
        DS1302_SCLK=0;
        if(DS1302_IO){Data|=(0x01<<i);}
    }
    DS1302_CE=0;
    DS1302_IO=0;    //读取后将IO设置为0，否则读出的数据会出错
    return Data;
}

整体输入

void DS1302_SetTime(void)
{
    DS1302_WriteByte(DS1302_WP,0x00);
    DS1302_WriteByte(DS1302_YEAR,DS1302_Time[0]/10*16+DS1302_Time[0]%10);//十进制转BCD码后写入
    DS1302_WriteByte(DS1302_MONTH,DS1302_Time[1]/10*16+DS1302_Time[1]%10);
    DS1302_WriteByte(DS1302_DATE,DS1302_Time[2]/10*16+DS1302_Time[2]%10);
    DS1302_WriteByte(DS1302_HOUR,DS1302_Time[3]/10*16+DS1302_Time[3]%10);
    DS1302_WriteByte(DS1302_MINUTE,DS1302_Time[4]/10*16+DS1302_Time[4]%10);
    DS1302_WriteByte(DS1302_SECOND,DS1302_Time[5]/10*16+DS1302_Time[5]%10);
    DS1302_WriteByte(DS1302_DAY,DS1302_Time[6]/10*16+DS1302_Time[6]%10);
    DS1302_WriteByte(DS1302_WP,0x80);
}

整体输出

void DS1302_ReadTime(void)
{
    unsigned char Temp;
    Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_YEAR);
    DS1302_Time[0]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制后读取
    Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_MONTH);
    DS1302_Time[1]=Temp/16*10+Temp%16;
    Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_DATE);
    DS1302_Time[2]=Temp/16*10+Temp%16;
    Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_HOUR);
    DS1302_Time[3]=Temp/16*10+Temp%16;
    Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_MINUTE);
    DS1302_Time[4]=Temp/16*10+Temp%16;
    Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_SECOND);
    DS1302_Time[5]=Temp/16*10+Temp%16;
    Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_DAY);
    DS1302_Time[6]=Temp/16*10+Temp%16;
}

（自己写的part，把BCD数值转换写成函数了）

补充知识

extern可以声明是外部函数或者参数。
如果模块需要引入一个全局变量。如char DS1302_Time[]={19,11,16,12,59,55,6};
在.c文件里正常写，在.h里再前面加extern且只定义数据类型。