電子電路設(shè)計之C51單片機(jī)常見問題 - 全文

?

　　筆者在工作中實(shí)際使用過AT89C2051、AT89C51、AT89C52等51單片機(jī)，后來應(yīng)用***新茂、華邦等廠家的51單片機(jī)。實(shí)踐中遇到許多問題，都是書本上沒有的。我印象中，書本上的知識只有一頁插圖了，就是cpu的時序圖。最初直接用匯編寫程序，然后是C51嵌套匯編。編譯器曾用偉福系列編譯器，后來使用keil等，感覺這些編譯器大同小異。需要熟練的C語言基礎(chǔ)，加上單片機(jī)應(yīng)用的特殊性。

　　本文就51單片機(jī)應(yīng)用中一些常見問題作個總結(jié)，這都是我實(shí)際碰到過的，因為文章篇幅所限，這些問題遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以表達(dá)單片機(jī)的常見問題。希望對初學(xué)者有所幫助，文中不完善的地方務(wù)請指點(diǎn)。謝謝!

　　1：C51編譯器如何區(qū)分位地址和字節(jié)地址

　　是靠預(yù)定義實(shí)現(xiàn)的，比如：sfr P0 = 0x80; sbit P0_0 = 0x80;前者聲明了P0端口地址位于0x80，后者說明了P0端口的bit0，即P0.0位于位地址空間0x80處。這2個0x80具有完全不同的含義，靠關(guān)鍵字sfr和sbit來區(qū)別。這樣當(dāng)程序被編譯時，編譯器會依此編譯成相應(yīng)的匯編語言。例如：

　　C51語句： P0 = 1;

　　P0聲明為sfr，因此編譯成：mov 80h，01h，將把0x01數(shù)據(jù)送入0x80單元，由于0x80單元物理上對應(yīng)P0端口，因此，P0.0腳將輸出高電平(其實(shí)是呈現(xiàn)高阻態(tài)，P0口獨(dú)有的)，其他.1-.7腳輸出低電平。

　　C51語句： P0_0 = 1;

　　P0_0聲明為sbit，因此編譯成：setb 80h，這將把位地址空間的0x80地址的bit的值置1。這個位正是P0口的bit0，執(zhí)行后，P0.0將輸出高阻態(tài)。而P0.1-.7不會變化。

　　2：C51為什么要嵌套匯編

　　51單片機(jī)一個顯著優(yōu)點(diǎn)就是指令執(zhí)行時間固定，因此可以適應(yīng)時序要求嚴(yán)格的場合。例如符合ISO7816協(xié)議的cpu卡的讀寫，對時序要求比較嚴(yán)格。其實(shí)就是用io腳做出來的同步半雙工串口。支持cpu卡的程序一般比較龐大，需要用c51來組織，但是由于c編譯的不確定性，必須把底層程序封裝成匯編語言模塊嵌入到工程中。這就帶來幾個問題：如何聲明函數(shù)、參數(shù)如何傳遞等。限于篇幅，不能說得很細(xì)。下面舉例：

　　匯編程序單獨(dú)保存一個文件，加入到工程中，函數(shù)如下：

　　_proc_a:

　　mov a, r7

　　inc a

　　mov r7, a

　　ret

　　用c語言在.h文件中聲明： extern unsigned char proc_a(unsigned char val);

　　調(diào)用時形如： retvalue = proc_a(0x11);

　　說明：

　　a：匯編程序如果帶參數(shù)，則需要在匯編程序前多加一個下劃線。而聲明它的地方不用加(偉福編譯器這么要求的)。

　　b：函數(shù)的形參中第一參數(shù)用R7傳遞，函數(shù)返回值用R7返回，這是C51的通用規(guī)范。其他參數(shù)都有相應(yīng)規(guī)定。函數(shù)可以返回一個位，用psw的c位返回。

　　c：上面的語句，執(zhí)行順序是把0x11給R7，然后跳轉(zhuǎn)子程序，子程序?qū)⑺?后送回。

　　d：函數(shù)跳轉(zhuǎn)到匯編程序時，本區(qū)的R0-R7，A，B，PSW，DPTR等寄存器可以供子程序使用，不必考慮調(diào)用后是否要恢復(fù)這些常規(guī)資源。上例中，A的值被函數(shù)使用了，編程者不必恢復(fù)調(diào)用前的值。

　　3：51單片機(jī)的P0口特殊之處

　　許多新手都碰到這個問題，其實(shí)很簡單，這涉及到芯片的io腳是怎么做出來的。這對硬件工程師來說十分重要。TTL的io腳模型：

?

　　P1，P2，P3口都可以理解成左圖，注意vcc下面有個電阻，因此可以理解成：引腳輸出1的能力弱。地那邊沒有電阻，可以理解成引腳吸入電流能力強(qiáng)。而P0口，可以理解成右圖。這就是集電極開路輸出，也叫OC輸出?？梢钥闯?，當(dāng)CTR=1時，三極管導(dǎo)通，引腳被接地;當(dāng)ctr=0時，三極管截止，引腳浮空，也叫三態(tài)。這個端口這么做的目的是考慮P0口肩負(fù)讀寫數(shù)據(jù)和地址復(fù)用，這個關(guān)系要仔細(xì)看懂cpu時序圖。因此，P0口要加合適的上拉電阻，絕不要加下拉電阻。上拉電阻的選擇要看外部負(fù)載情況。

　　4：P1-3口如何輸入輸出

　　從上節(jié)的左圖可以看出。做輸出時，ctr=1則輸出強(qiáng)信號0，ctr=0則輸出弱信號1。當(dāng)io腳做輸入時，應(yīng)使ctr=0，這樣三極管截止。外部信號如果是1，則上拉電阻加強(qiáng)了這個1，單片機(jī)就會讀到1。當(dāng)外部信號為0時，注意，必須將上拉電阻的上拉作用全部抵消，才能在引腳上得到0。

　　因此，對于程序來說，把io腳置1就處于接收狀態(tài)，當(dāng)然也是輸出1狀態(tài)。程序置io口為1，讀取的信號是不是1就依靠外部電路了，如果外部電路沒有“吃掉”上拉電阻的電流，則讀取得到1，反之，雖然程序置io腳為1，但是讀取得到的就是0。

　　因此，如果用io腳的高電平驅(qū)動外部電路時，要小心外部電路把這個1“吃掉”從而輸出不了1。而作為輸入時，為0電平的外設(shè)必須足夠有能力將io腳拉低。所以，用io腳直接點(diǎn)亮led的時候，最好用反邏輯，就是輸出0，讓led亮。這樣能保證驅(qū)動能力。就是io腳接led的負(fù)端，led的正端過電阻接vcc。

　　因此，io腳輸出1時，外部電路將它強(qiáng)行接地是沒有關(guān)系的，而io腳輸出0的時候，外部電路強(qiáng)行接電源就會把io腳損壞。所以，程序加電之后，一般把所有io口都寫成1：MOV P0，0FFH。

　　P3口引腳復(fù)用，必須引腳都處于輸出1狀態(tài)。例如，把RXD腳輸出0，則它什么數(shù)據(jù)都讀不進(jìn)來了，筆者早期曾調(diào)試一整天才發(fā)現(xiàn)串口收不到數(shù)據(jù)是沒有把RXD置1的原因，把時間都浪費(fèi)在外圍了，當(dāng)時很是汗顏。

　　5：有關(guān)晶振

　　單片機(jī)的晶振在內(nèi)部可以簡化成一個反向器。當(dāng)晶振輸入腳XI剛過坎壓、被認(rèn)為是1的一瞬間，輸出腳XO就輸出0，這個0會帶動晶振使XI電壓下降，當(dāng)降低到坎壓被認(rèn)為是0的一瞬間，輸出腳XO就輸出1。這樣周而復(fù)始。

　　因此，用示波器觀察正常工作的晶振輸入腳XI時，得到的是一個不高不低的近似水平線。而XO則是幅值很大的正弦波。測量晶振輸入腳XI時，示波器表筆要打在X10檔上，否則，表筆就能把晶振弄停。

　　因此布線時，晶振輸入腳XI要盡量靠近晶振，而XO腳可稍遠(yuǎn)。同時XO具有一定的驅(qū)動能力，某些芯片可以用它驅(qū)動其它時序電路(不推薦這么做，因為系統(tǒng)可靠性下降)。

　　寫到這里，才發(fā)覺51單片機(jī)的問題太多了，這篇文字簡直就是滄海一粟。以后再補(bǔ)充吧，另行成文。