本教材是針對51內(nèi)核單片機編寫的。
請允許我假設(shè)你已經(jīng)掌握基本的模擬與數(shù)字電路知識、基本的計算機理論知識（比如知道二進制是怎么回事，RAM和ROM是什么東西）與操作知識（比如會裝載與使用應(yīng)用軟件）、明白C語言的基本規(guī)則與語句。同時，我默認你有一本經(jīng)典51教材（哪個版本都可以）、一本51單片機應(yīng)用教材（內(nèi)容為給出硬件電路和源程序的單片機開發(fā)實例）、一塊51單片機實驗板（含一條串口線）、一塊具有ISP（在系統(tǒng)編程）功能的單片機、某個版本的KEIL軟件、某個版本的ISP燒寫軟件、一臺性能一般的PC電腦。
如果不具備上述任何一項，請不要繼續(xù)閱讀本教程，收起你的書本,回家吧，你無法學(xué)會單片機。知識方面的欠缺請自己盡快彌補。教材與應(yīng)用書籍可以借閱，但是我建議各買一本，因為它們屬于工具書，需要隨時翻看，版本我就不推薦了，各種版本內(nèi)容基本都一樣，這個投資需要數(shù)十元。實驗板可以使用我提供的這一款，硬件功底好的也可以自制，成本在100元以內(nèi)，網(wǎng)上有很多這方面的資料，且基本配置都大同小異。具有ISP功能的51單片機我推薦使用飛利浦系列，本實驗板就是針對P89C51RD2系列（價格40元左右）設(shè)計的（周立功單片機公司全面代理飛利浦單片機，可以聯(lián)系郵購）。其他ISP功能的單片機也行，如華邦的W78E系列，AVR哈佛結(jié)構(gòu)（不是51內(nèi)核）高速系列，不過我都沒有使用過。具有ISP功能的單片機雖然比AT89C51之類（10元左右）貴很多，但是配置很強（僅ROM容量就有64K，是AT89C51的16倍），而且相對于數(shù)百元的編程器或者仿真器來說，性價比還是很高的，有利于降低硬件投資給初學(xué)者造成的門檻。KEIL軟件網(wǎng)上隨處都可以下載到（搜索KEIL下載即可），當(dāng)然盡量使用高版本的。ISP編程軟件周立功單片機的網(wǎng)站可以下載，名稱為ZLGISP，飛利浦的WINISP也可以。不算PC電腦的話，200元的投資足夠開始學(xué)習(xí)51單片機了（實驗板+串口線+單片機+教材）。
OK，這是一份面向?qū)纹瑱C一無所知的初學(xué)者的入門教程。單片機技術(shù)就如同一張窗戶紙，這份膚淺的教程就是來戳穿它的，呵呵。就如同你來到一個陌生的城市，我送你一張地圖——不是我水平高，是我比你來得早，就這么點優(yōu)勢，呵呵。它的作用僅僅是幫助你在茫然的情況下順利上手，至于上手之后的進展，就全靠你自己的辛勤鉆研了。你要明白，沒有任何路標能夠代替你走完腳下的路。顯然，我不想你們再像我一樣在入門上花費過多寶貴時間。你們當(dāng)然會感謝我，這是可以理解的，因為我也曾感謝過在我入門的時候給過我?guī)椭呐笥选?/p>
好了，我們開始學(xué)習(xí)單片機的旅程。
第一章：單片機開發(fā)的基本流程
不是所有人都學(xué)過地理，但是幾乎每個人都能找到回家的路，學(xué)習(xí)單片機也是如此。我們先不要看什么教材，我們直接進入開發(fā)過程的介紹與學(xué)習(xí)，爭取在最短的時間內(nèi)獲得最多的感性認識。千萬不要像學(xué)英語那樣學(xué)單片機，就像背了十年單詞卻沒見著一回老外——看一年教材也沒見過單片機什么樣的話，那就不可能學(xué)會了。
針對我們前言中的軟硬件，基本開發(fā)流程是這樣的：
1、在PC電腦上安裝并啟動KEIL軟件，建立一個單片機
工程項目，調(diào)整設(shè)置，使項目輸出時生成HEX格式（INTERL公司
規(guī)定的一種二進制格式）燒寫文件。具體操作詳見第二章。
2、新建程序文件，將其加入項目。用匯編或者C51語言編寫一個程序，編譯，糾錯，再編譯，再糾錯，直到錯誤全部消失，編譯成功，系統(tǒng)會自動生成HEX格式文件，保存在項目所在的文件夾里。
3、在實驗板斷電的情況下（如果帶電容易擊穿PC機串口），用串口線連接單片機與PC機串口。接通實驗板電源，選擇ISP編程（紅色發(fā)光管亮），復(fù)位，進入編程狀態(tài)。啟動ISP編程軟件ZLGISP，選擇需要擦除的FLASH塊（初學(xué)編程代碼不會很大，擦除第一塊BLOCK8K足夠）。點擊設(shè)置選項，VECTOR為FC不要改動，STATUS改為00，點擊寫入。然后點擊讀出，確認VECTOR確實為FC，而STATUS確實為00，如果不是，重新寫入，然后退出ISP狀態(tài)，則設(shè)置完成。也就是說每次退出ISP功能之前，必須確認向量為FC，否則下次將無法進入ISP狀態(tài)，就好比你把鑰匙放在屋子里卻從外邊鎖上了門一樣。因為VECTOR和STATUS是同時被改寫的，所以改寫STATUS的時候VECTOR可能發(fā)生誤碼或丟失等錯誤，一旦發(fā)生這種情況，只能使用支持P89C51RD2的并行編程器將VECTOR的入口地址FC重新燒入，等于破門而入拿鑰匙，比較麻煩了。注意，這一步非常關(guān)鍵，STATUS不為00程序?qū)⒉荒苷＿\行程序，原理下文再做介紹。打開編譯好的HEX格式燒寫文件。點擊編程選項，不必做任何選擇，等待編程自動結(jié)束。
4、切換到運行狀態(tài)（綠色發(fā)光管亮），按下復(fù)位鍵。此時程序開始運行，實驗板的器件會有相應(yīng)的反應(yīng)。至此一次完整的單片機開發(fā)流程成功結(jié)束。
第二章：KEIL軟件使用方法
如何安裝與啟動KEIL軟件我就不說了，這個軟件的功能有三個：編輯程序源代碼，編譯源程序為目標文件（目標文件就是翻譯過來的機器碼），軟件仿真運行結(jié)果。作為初學(xué)者，你要明白編輯和編譯的區(qū)別——就像你要明白秘書和翻譯的區(qū)別一樣。
啟動軟件以后，點擊PROJECT（工程），在下拉菜單中選擇NEW（新建），在對話框中設(shè)置項目文件的保存位置，具體位置隨你便了。給該工程項目命名，隨你便，但是要把擴展名設(shè)為.UV2，比如可以命名為LED.UV2，保存。此時彈出單片機設(shè)備選擇對話框，針對我們的實驗板請選擇ATMEL公司的AT89C51或者PHILIPS公司的8XC51RD2，點擊確定。
點擊FILE（文件）中的NEW，此時會出現(xiàn)一個文本界面，點擊FILE中的SAVE（保存），在對話框中設(shè)置保存路徑（最好與剛才的工程文件在一個文件夾中）。給該源程序文件命名，擴展名要根據(jù)你使用的編程語言確定，如果使用匯編語言，就命名為.ASM，如果使用C51語言，就命名為.C。對于沒有學(xué)過C51的初學(xué)者來說，應(yīng)使用.ASM，比如LED.ASM，保存。
在左面的工程窗口里用右鍵點擊TARGET1，選擇OPTIONS FOR TARGET ‘TARGET 1’ ，在對話框中選擇OUTPUT選項，在CREAT HEX FILE選項前打勾，點擊確定，這樣編譯之后，在工程項目所在的文件夾中就能夠生成HEX格式的燒寫文件了。
點擊TARGET1前面的加號，用右鍵點擊SOURSE GROUP 1，選擇ADD FILES TO GROUP ‘SOURSE GROUP 1’ ，將剛才新建的源程序文件加入。此時SOURSE GROUP 1之前也有加號了，點擊會看到你新建的文件。
雙擊進入你建立的文件，現(xiàn)在可以編寫你的第一個程序了。
第三章：你的第一個單片機程序
源程序如下：
ORG 00H
MOV P0 , #55H
LOOP: SJMP LOOP
END
什么？這么簡單？！是不是在搞笑？！沒錯，雖然簡單，但這就是一個完整的單片機程序。具體語句我先不作解釋，你要先把這個程序在實驗板上跑起來才行。點擊編譯按鈕（項目窗口上面那三個蛋糕一樣的按鈕中間或者右邊那個），也可以選擇PROJECT選項中的BUILD TARGET選項，編譯就自動開始。如果有錯誤或者警告，下面的編譯輸出欄將會顯示，如果你編譯過C語言的程序，就會比較熟悉，所以要求你具有一定的C語言基礎(chǔ)。如果沒有錯誤和警告，系統(tǒng)將顯示代碼量，DATA表示占用內(nèi)部RAM空間的大小，XDATA表示占用外部RAM空間的大小，CODE表示占用片內(nèi)ROM空間的大小。P89C51RD2HBP本身有1K內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM，64K內(nèi)部程序存儲器ROM，本實驗板沒有擴展外部RAM，所以暫時不能做有關(guān)外部RAM存儲的實驗。至于你使用AT89C51+編程器的話，資源就比較少了，只有128B（1字節(jié)=8位）RAM和4K大小的ROM，不過對于初學(xué)者，足夠使用了。
好的，對于你這樣一個一點成就感都沒有的初學(xué)者來說，激動人心的時候就要到了：我們要把這個程序固化到單片機的ROM里了。連接好串口線，寫入STATUS為00（切記！寫一次就行了，頻繁擦寫有可能導(dǎo)致向量丟失，那麻煩就大了），擦除，固化，復(fù)位——哈，程序運行了嗎？8個LED發(fā)光管隔一個亮一個嗎？如果是的話，恭喜你��！你已經(jīng)成為一名單片機的開發(fā)人員啦！呵呵，雖然這個程序沒有什么實用價值，你也不明白語句的意義，但是它給你帶來了成就感和自信心，這才是作為初學(xué)者最最需要的，有了信心與興趣，一切都不再成為負擔(dān)和難題。
是不是開始躍躍欲試了？好的，我們繼續(xù)講下去。
第四章：程序解釋與軟件仿真功能的介紹
現(xiàn)在我們回過頭來解釋這個程序。
ORG是一個偽指令。不懂？呵呵，正常，當(dāng)初我也不懂。偽指令就是一條沒有真正操作的指令，說白了就是什么活也不干，耍耍嘴皮子而已。ORG是個定位偽指令，告訴系統(tǒng)程序從00地址開始執(zhí)行，至于執(zhí)行什么，怎么執(zhí)行，它不管。就像一次掃雪任務(wù)，一個領(lǐng)導(dǎo)來了，指著腳下說：從這里開始掃。至于具體怎么掃，那是你的事情，呵呵。還有幾條偽指令，去看教材。
MOV P0 , #55H是這個程序的核心指令，工作全部都是它做的。參照教材，它的意思是將十六進制數(shù)55輸出給寄存器P0，而P0口的狀態(tài)由8個LED顯示。我知道你會對這個十六進制數(shù)字感到糊涂，因為我們長了10手指頭。這里的55不是十進制轉(zhuǎn)換來的，它實際是二進制數(shù)字的一種壓縮寫法，寫成二進制就是01010101，這樣P0口接的8個LED就會隔一個亮一個。55屁股后面的H表示它是十六進制數(shù)，如果去掉H就表示55是十進制數(shù)了。十進制數(shù)55轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)是37，二進制數(shù)是00110111，就不是01010101了，不信可以試試看，去掉55后面的H。為了明確輸出狀態(tài)，你可以將55H寫成01010101B，這個B表示是二進制數(shù)，顯示結(jié)果一樣，我寫輸出一般都使用二進制寫法。你必須明白十進制、二進制、十六進制之間的轉(zhuǎn)換方法，各種計算機書里都有的。以后你就不要用十進制思考了，二進制是一種重要思維方式，你務(wù)必熟悉。具體計算你不要動手，那很傻哦——PC機的附件里不是有個很好的計算器嗎？可以非常方便的轉(zhuǎn)換多種數(shù)制，編程的時候同時打開就行了。
現(xiàn)在來解釋那個很有趣味的軟件仿真，你不用燒寫芯片就可以看到運行結(jié)果，神奇吧！我當(dāng)初都不知道有這么好的軟件，為了改變一個簡單的程序會白白燒片十幾次，簡直是傻瓜。現(xiàn)在我使你避免成為傻瓜，你是不是應(yīng)該感謝我呢？呵呵。編譯成功后點擊DEBUG（調(diào)試或者叫除錯，因為BUG是錯誤的意思）選項里的STARTSTOP DEBUG SESSION，工具欄里也有這個快捷圖標（有個帶紅色B字母的放大鏡）。點擊PERIPHERAL（外設(shè)）選項，選擇需要察看的部分，這里我們選擇P0口。點擊左上角文件下面的RET復(fù)位，然后點擊RET右面的帶下箭頭的小方塊來運行程序，這時可以看到P0口狀態(tài)變?yōu)?1010101，表明運行成功。想要退出運行中的程序，點擊那個圓形的紅色叉。要回到編輯界面請再次點擊DEBUG的快捷圖標。
現(xiàn)在有個問題，那個LOOP : SJMP LOOP是干嘛的？這是一個死循環(huán)，指令反復(fù)跳轉(zhuǎn)到本身，相信你能夠看懂。你會覺得它沒有什么用，你感覺很對，它的確沒有什么實際的作用。那么好，讓我們把它刪除——編譯照樣通過，沒有任何錯誤和警告，而且就算你現(xiàn)在把它燒寫到芯片里，它也能正確運行，那為什么還要加上？你不服？好，那我們進入剛才的調(diào)試界面，運行程序，不好！系統(tǒng)提示出錯NO ‘EXECUTE/REDA’ PERMISSION !什么原因？問題出來了吧？因為你刪除了這個循環(huán)，程序就跑飛了！跑飛了是什么意思？比如你讓一只小狗在廣場上隨便跑，你怎么知道它會跑到哪里去？這就是跑飛，結(jié)果是你丟失了這條小狗，當(dāng)然你可以重新買一只，這就是復(fù)位了，哈哈。如果你讓一只小狗在院子里跑，它就不會丟失啦。循環(huán)的意義就在這里，讓程序掉到這個循環(huán)里，你和系統(tǒng)就能把它控制住。你還是不以為然嗎？這是一個簡單程序，也許問題不大，但是當(dāng)程序復(fù)雜之后，跑飛了是件很麻煩很可怕的事情，會出現(xiàn)莫名其妙的錯誤，而且你也無法使用軟件仿真功能了。要是你還不服氣，那就嘗試每次編程都讓程序跑飛一次，如此之后你就有感覺了，我曾經(jīng)被這個簡單問題困擾了數(shù)周之多，現(xiàn)在我提示你，你要當(dāng)回事。
END也是個偽指令，是個編譯結(jié)束標志，編譯器編譯到END的時候就結(jié)束編譯了，不再編譯END以下的程序。
這就是軟件仿真的基本過程，后面我還會介紹到仿真的其他功能。建議你每次編寫程序以后都要先進行軟件仿真，反復(fù)修改，反復(fù)調(diào)試，直到需要完成的功能完全仿真成功再將程序燒寫到芯片，這樣能夠提高開發(fā)效率，延長單片機使用壽命。
第五章：關(guān)于編程器、仿真器與ISP
我建議你使用具有ISP功能的單片機完全是考慮到初學(xué)者的資金問題，因為很多人一聽說學(xué)習(xí)要花錢就會放棄學(xué)習(xí)。世界上沒有免費的知識，更沒有免費的技能，投資是非常必要的，但是成本越低就越容易上手，所以我推薦具有ISP功能的單片機，但這并非說編程器與仿真器已經(jīng)沒用，這一點你們要明白。
首先說說編程器，它是干什么用的呢？程序編輯好后，并且通過編譯生成了HEX格式的二進制燒寫文件，就要用編程器把它燒寫到單片機里面。我最初入門的時候就是使用AT89C51 +編程器的開發(fā)模式，過了半年多才在發(fā)現(xiàn)具有ISP功能的單片機，白花了那么多銀子。編程器本身很貴的，最好的上千，好一點的數(shù)百元，最便宜的簡易型的也要上百元，是個不小的投資，很多人之所以對單片機望而卻步，正是在這個投資上出現(xiàn)了猶豫。另外編程器使用起來也比較麻煩，每一次編程都要把芯片從實驗板上拔下來，燒寫好了再插回去，很容易弄壞插座和管腳，為此配置零插拔力插座的話，又要花一只單片機的錢了（十多元一只）。而且如果去現(xiàn)場工作的話，拎著個編程器多麻煩！設(shè)備復(fù)雜的話插拔芯片也很困難，一旦弄壞了管腳或者印刷板，設(shè)備就完蛋了。但是編程器在開發(fā)產(chǎn)品中具有重要作用，因為產(chǎn)品的目標板（相當(dāng)于完成指定功能的實驗板）一般沒有空間額外加掛串口電平轉(zhuǎn)換部分的器件，所以要通過編程器編程。而且開發(fā)產(chǎn)品如果使用一般的51芯片，成本也會大幅度下降。對于那些不用改動程序的產(chǎn)品比較有利。當(dāng)然如果產(chǎn)量非常大的話，就選擇掩膜（就是把程序直接做到芯片里）生產(chǎn)了，編程器也不用了，成本非常低。
仿真器在高校教學(xué)、實驗與復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)中可以使用。使用編程器和ISP的開發(fā)方法叫做“崩潰——燒寫”模式，如果程序運行結(jié)果錯誤，只能改動程序后擦除芯片重新燒寫，為了調(diào)試一個程序連續(xù)燒寫芯片數(shù)十次是很正常的事情，但是這樣不但麻煩，還會縮短芯片使用壽命，而且無法觀察程序運行中的狀態(tài)。仿真器正是針對這一問題，它無需燒寫，通過它可以直接觀察運行結(jié)果，而且可以單步運行，能夠最直接的找到問題所在，所以高級產(chǎn)品的開發(fā)都要用到。不過初學(xué)者一般買不起仿真器，也沒必要買，KEIL本身就有軟件仿真功能，可以大大減少燒寫次數(shù)。只要不涉及到外部擴展接口，在KEIL上仿真運行成功的程序，絕大部分燒寫以后都能正常運行，下文將有說明。
ISP的意思是在系統(tǒng)編程，但是我不喜歡這個說法，剛?cè)腴T誰能理解？我的解釋就是單片機本身自帶編程功能，就像把一臺編程器集成到單片機上，這就很容易理解了。它本身有一個出廠時候就固化好的編程程序，放在BOOT ROM里，不可修改。這個BOOT ROM不占用系統(tǒng)本身的ROM空間，具體放在哪里我們不必關(guān)心，VECTOR（向量）設(shè)置為FC（針對P89C51RD2系列）就是BOOT ROM的入口的地址，不得改動。順便解釋一下，BOOT不是靴子的意思哦，是啟動的意思。向量的意思我理解就是一個地址，線性代數(shù)中不是有N維向量的概念嗎？其實就是一串?dāng)?shù)字，你記住是地址就行了，不要去想什么向量。對于P89C51RD2來說，PSEN腳（29腳）接地（低電平）是進入ISP功能的硬件激活條件，所以編程的時候要按下選擇開關(guān)到編程端。編程結(jié)束后使PSEN腳恢復(fù)高電平，復(fù)位之后即可啟動程序，但是此時STATUS（狀態(tài)字）必須為00，它的意思就是程序從00地址開始啟動，因為編程操作是把程序燒寫到00地址開始的空間里，如果不從00啟動，程序就發(fā)生錯誤了。有關(guān)ISP的詳細資料可以從網(wǎng)上下載。不懂什么叫高低電平？不準確的說，低電平就是0V，高電平就是電源電壓5V，低電平相當(dāng)于邏輯里的0，高電平相當(dāng)于邏輯里的1，數(shù)字電路教材里一定有描述，我就不說了。
我覺得開發(fā)器材的選擇是這樣的：當(dāng)你是初學(xué)者的時候，用一塊具有ISP功能的單片機學(xué)習(xí)足夠；當(dāng)你能夠獨立設(shè)計目標板進行小產(chǎn)品開發(fā)時，可以考慮購置編程器；當(dāng)你成為專業(yè)單片機技術(shù)人員乃至嵌入式系統(tǒng)工程師的時候，仿真器對于高級產(chǎn)品的開發(fā)是必須的了。
