51单片机程序设计：嵌入式系统开发实战，从零打造你的嵌入式系统

# 1. 51单片机基础

### 1.1 概述

51单片机是一种8位微控制器，由英特尔公司于1980年推出。它以其低成本、高可靠性以及广泛的应用而闻名。51单片机广泛应用于嵌入式系统开发中，例如智能家居、工业控制和医疗设备。

### 1.2 架构

51单片机采用哈佛架构，其中程序存储器和数据存储器是分开的。它具有一个8位CPU、4KB程序存储器和128字节数据存储器。此外，它还具有各种外设，例如I/O端口、定时器/计数器和中断系统。

# 2.1 51单片机汇编语言简介

**51单片机汇编语言概述**

51单片机汇编语言是一种低级编程语言，它使用助记符和操作码来表示机器指令。它与机器指令一一对应，具有执行效率高、代码紧凑等优点。51单片机汇编语言由英特尔公司开发，广泛应用于51系列单片机中。

**汇编语言的组成**

汇编语言主要由以下部分组成：

* **指令：**用于控制单片机执行特定操作的指令。
* **伪指令：**用于控制汇编过程的指令，不生成机器指令。
* **宏：**用于简化代码的代码段。
* **符号：**用于标识变量、常量和地址的名称。

**汇编语言的优点**

* **执行效率高：**汇编语言直接生成机器指令，执行效率比高级语言更高。
* **代码紧凑：**汇编语言代码通常比高级语言代码更紧凑，可以节省存储空间。
* **硬件控制力强：**汇编语言可以直接访问单片机的寄存器和外围设备，具有很强的硬件控制能力。

**汇编语言的缺点**

* **开发难度大：**汇编语言需要对单片机硬件结构和指令系统有深入的了解，开发难度较高。
* **可移植性差：**汇编语言与单片机硬件密切相关，可移植性较差。
* **可读性差：**汇编语言代码的可读性较差，不利于程序维护和调试。

**汇编语言的应用**

51单片机汇编语言广泛应用于以下领域：

* **嵌入式系统：**由于其执行效率高和代码紧凑的特点，汇编语言常用于嵌入式系统开发。
* **底层驱动：**汇编语言可以直接访问单片机的硬件资源，因此常用于编写底层驱动程序。
* **实时控制：**汇编语言的执行效率高，适合用于实时控制系统开发。

# 3. 51单片机硬件应用

### 3.1 51单片机I/O端口

#### 3.1.1 I/O端口概述

51单片机具有4个8位I/O端口，分别为P0、P1、P2和P3。每个端口包含8个I/O引脚，可以配置为输入或输出。I/O端口用于与外部设备通信，例如传感器、显示器和按钮。

#### 3.1.2 I/O端口配置

I/O端口的配置通过寄存器进行。每个端口都有两个寄存器：

- **端口数据寄存器 (Pxn)**：存储端口引脚的当前状态。
- **端口方向寄存器 (PxDIR)**：指定端口引脚的方向（输入或输出）。

要将端口引脚配置为输入，需要将对应的PxDIR位设置为0；要配置为输出，需要将PxDIR位设置为1。

#### 3.1.3 I/O端口操作

**输入操作：**

要读取输入端口引脚的状态，需要读取Pxn寄存器。如果对应的位为1，则引脚为高电平；如果为0，则引脚为低电平。

**输出操作：**

要输出数据到输出端口引脚，需要写入Pxn寄存器。写入的位值将设置引脚的状态：1为高电平，0为低电平。

### 3.2 51单片机定时器/计数器

#### 3.2.1 定时器/计数器概述

51单片机具有两个16位定时器/计数器，分别为T0和T1。定时器/计数器可以用于生成定时中断、测量脉冲宽度或作为计数器。

#### 3.2.2 定时器/计数器配置

定时器/计数器通过寄存器进行配置。每个定时器/计数器都有以下寄存器：

- **定时器/计数器寄存器 (Tnx)**：存储定时器/计数器的当前值。
- **定时器/计数器模式控制寄存器 (TMOD)**：指定定时器/计数器的模式和操作。
- **定时器/计数器溢出重装寄存器 (THnx)**：指定定时器/计数器溢出后重装的值。

#### 3.2.3 定时器/计数器操作

**定时器模式：**

定时器模式下，定时器/计数器会以一个固定的频率递增。当定时器/计数器溢出时，它会产生一个定时中断。

**计数器模式：**

计数器模式下，定时器/计数器会对外部输入脉冲进行计数。当计数器达到一个预定的值时，它会产生一个计数中断。

### 3.3 51单片机中断系统

#### 3.3.1 中断概述

中断是一种硬件机制，允许外部事件暂停正在执行的程序并执行中断服务程序。51单片机具有5个中断源：

- 外部中断0 (INT0)
- 外部中