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单片机小白学步(14) 点亮第一个LED的程序分析

单片机小白学步 616℃ 0 3年前 (2014-11-06)

本篇我们将分析上一篇所写的程序代码。未来学习单片机的大部分精力,我们也将放在程序代码的编写上。但是不用担心,我会非常详细的介绍每个程序的编写思路和各种注意事项等。

之前我们写的程序如下:

#include

sbit LED = P1^0;

void main()

{

    LED = 0;

    while(1);

}

头文件

第一行包含头文件,这个和C语言编写HelloWorld时的#include 一样。头文件reg52.h中定义了单片机的一些寄存器,如P0~P3等。至于什么是寄存器,将在原理篇中具体介绍,现在我们只要把它想象成C语言中常说的内存就好了。有兴趣的读者可以右击reg52.h打开头文件看一看。

C51的变量类型

这里我们使用的语言是C51,和标准C语言相比,最主要的特点就是多出来两种变量类型:sfr和sbit。sfr和char一样是一个8位数据类型,表示一个8位的寄存器。例如头文件reg52.h中就有一句sfr P1 = 0x90,它定义了寄存器P1。由于P1是IO口寄存器,所以对P1赋值,则相应的, IO口P1将输出对应的高低电平。而sbit则是一个1位数据类型,只有0和1两种值,它对应寄存器中的一个位。

于是在第二行里,我们定义了sbit型变量LED,并设置LED对应P1的最低位bit0。此时变量LED就和IO口P1.0关联起来。执行赋值语句LED = 0,IO口P1.0就会输出低电平,于是我们电路中的LED就会亮起来了。是不是非常神奇呢?在原理篇中,我会一步一步讲解单片机是如何实现这种功能的。

位寻址

在其他的很多单片机中,我们只能读写整个P1寄存器,而不能直接定义类似sbit这种对应寄存器一位的数据类型,另外51单片机里面有些寄存器也只能整个8位一起读写。这种直接读写一个寄存器位的特性被叫做位寻址功能。

又是一个很难理解的概念,同样,还是需要了解原理篇才能很好的理解它,现在完全不用担心,我提这个就是想让初学者对此提前有个大体印象。毕竟很多知识都是慢慢积累的,如果把大量这样的小知识全部放在原理篇中一并介绍,反而难以接受。

主函数的特点:没有参数和返回值

读者应该已经看到了无参数且无返回值的void main()函数,以及倒数第二行的while(1)语句,并可能疑惑不解。没错,主函数没有参数也没有返回值,倒数第二行的这句是一个死循环,程序永远也不会退出。这和计算机上的程序有很大的不同。下面简单的说明一下这样做的原因何在,更深入的原因,则需要读者看完原理篇后才能理解透彻。

在计算机中,我们开机时看到的启动界面是操作系统,如Windows、Linux等,我们编写的程序则是在操作系统的环境下运行的。程序执行时,相当于系统调用main函数,所以系统可以向main函数传递参数,也可以获取main函数执行结束时的返回值,程序执行结束后,会重新回到操作系统环境下。而在这里,我们写的程序是直接运行在单片机上的,不依赖操作系统。我们程序中的main函数不会被操作系统调用,因此通常它不需要参数,也不需要返回值。事实上,main函数有些情况下是被启动代码调用的,而启动代码是汇编语言写的,还记得上一篇中提到的启动代码么?

主函数的特点:死循环,不会执行结束

在计算机中,我们写的程序执行结束会回到操作系统环境下。而在单片机中,一旦单片机上电复位,就会执行我们写的main函数,直到断电。而如果main函数执行结束,将发生不可预知的结果。

实际实验时,STC单片机会复位并重新开始执行程序,或许只是个巧合,因为官方的芯片手册中并没有明确说明这一点。本着严谨的科学态度,我们不利用这种未经官方确认的特点来开发我们的程序。程序的可靠性是非常重要的,这一点要引起重视。

试想如果你用单片机开发的是医疗相关的产品,或者是控制一些大型机器等,一旦发生意外,后果难以想象。即使你开发的是普通的产品,如果总是出现奇怪的故障,也足以让用户抓狂。因此这一点要引起读者注意。所以,单片机的程序是不应该执行结束的,因此最后必然是一个死循环,这样才能保证单片机系统的可靠性。

总结

于是我们总结出通常情况下51单片机程序的几个特点:

1、包含REG52.H,该文件中定义了P0-P3接口等信息(sfr型和sbit型)。

2、单片机主函数没有参数,没有返回值(当然写成int型也不会报错,但是没必要)。

3、单片机主函数末尾会有个死循环,不会退出。

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《单片机小白学步》系列教程(原名《单片机入门指南》)介绍

本系列教程从最基本的入门知识开始,逐步深入介绍单片机系统设计,内容包括:
1、入门篇:单片机等基本概念、各种电子设计基本知识
2、思想篇:单片机/计算机系统设计的工程思想
3、学习篇:单片机学习过程、方法和技巧,以51单片机为例介绍,并推广到其他单片机
4、应用篇:遵循规范的工程方法,设计单片机系统实例(计划设计的系统有:计算器、电子表、密码锁、简易手机,具体看有没有时间再确定)
5、原理篇:从模拟电路、数字电路开始,逐步深入介绍单片机/计算机系统原理,并自行设计简易的CPU(由于个人水平有限,这部分没有把握写好,具体内容视情况而定)

教程特点

1、技术知识点全面,从入门到精通

包含了各种基本知识,尤其是对单片机基本概念的介绍、为什么要用单片机等,在很多同类书籍教程中都被忽略了。同时也包含了一些深入的知识,包括原理篇考虑对单片机的基本原理进行介绍,有助于深入理解单片机。

本系列教程以51单片机为例进行介绍。通过51介绍完单片机的基本知识,我会再把430进行简要介绍,尤其是对比两者之间的优缺点,让大家很快感受到430的巨大优势,而学习51正好为快速了解430打下了坚实的基础。

2、除了单片机知识,还有思想、方法、技巧的介绍

本系列教程中,介绍单片机各种模块编程知识的主要是学习篇,而学习篇只是整个教程的一部分。在学习篇中我会贯穿各种方法技巧,如何理解一些模块功能,怎么看时序图,严格遵守工程思想进行编程,程序发生了错误怎么调试等等。而在思想篇中会总体介绍很多重要的思想,为后面的学习做好准备工作。

3、知识先后顺序的设计

单片机学习过程中,涉及大量的知识,而且很多知识之间相互依赖,关联很强。

本系列教程对知识的先后顺序进行比较明确的规划,尽最大可能符合人的认知过程。但是实际规划时发现,无论怎么调整知识的顺序,总有一些知识之间相互依赖,关系复杂。例如开始讲IO口的时候肯定会提到寄存器,而寄存器这个词的理解,需要深厚的背景知识。但是这些背景知识在没有进行实践的时候也很难理解。

初学者常常就会在这样的地方感觉疑惑不解,不知所措。而每次遇到类似这样的知识,我会向初学者指出,应该如何对待。这个知识是应该自己去学习补充,还是等到学完原理篇再做理解,而现在又应该怎么去看待这个名词。

另外,在整个教程的学习前,需要掌握一定的C语言等基础知识,具体可参考教程第〇篇《序》中的相关说明
http://www.paincker.com/mcu-primer-0

4、语言通俗易懂

本系列教程力求语言通俗易懂,而不会用一堆新手不懂的词语去解释另一个不懂的词语。但是受限于个人语言表达能力,可能有些地方表述的比较繁琐,或者不清楚,希望大家能够帮忙指出。

其他问题

如果觉得我写的对你有帮助,欢迎多多反馈,包括写的不正确、不合理、不太明白都可以指出来,这样方便我对其进行完善。

更多可参见:《如何以学习单片机为契机,逐步成为优秀的工程师》
http://www.paincker.com/mcu-engineer

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