初学者必看：单片机入门与开发步骤指南，轻松入门无难度！

什么是单片机？

单片机，简而言之，就是一个微型且完备的电脑芯片。这颗芯片集成了电脑的核心部件，如中央处理器（CPU）、内存及输入输出接口等，但其尺寸极小，通常只有指甲盖般大小。

单片机能够接收外部信号，并根据预设的程序对这些信号进行处理，最终输出控制信号以操控外部设备。举例来说，开发者可以为单片机编写程序，让它控制小灯泡在特定时间亮起，或监测传感器读数并在超过某一阈值时发出警报。

由于单片机体积小且功能完备，它被广泛应用于各类自动控制场景，如智能家居、工业控制、医疗设备等领域。单片机使这些设备更加智能化，能够自动执行复杂任务。

单片机是一种体积小但功能强大的电脑芯片，可用于控制各类设备和系统，实现自动化和智能化操作。

单片机原理

单片机就是一台微型计算机，应用大规模集成电路技术，将CPU、ROM、RAM、I/O接口集成到一个芯片内，借助于外围电路实现自动化控制，单片机内的CPU用于运算和程序流程控制，ROM存储编写的程序，RAM存储运算过程产生的数据，I/O接口用于控制外部设备或数据交换。

图 1单片机内部结构

C语言编写的源代码编译为单片机二进制指令序列，应用单片机写入程序通过串口将单片机二进制指令序列写入到单片机ROM存储器，单片机加电后，CPU会顺序执行ROM存储器内的指令序列，按照指令进行运算或控制外部设备动作。例如：点亮发光二极管、控制继电器动作等。若运算过程需要存储数据或计算结果，将数据或计算结果存储到RAM存储器，以备后面的程序指令使用。

图 2 单片机程序执行过程

下图是宏晶公司生成的STC89C52单片机实物图。

下图是STC89C52单片机引脚介绍图。

图 3  单片机角引脚介绍

STC89C52是国产宏晶公司研制的51系列单片机，该单片机有40个引脚，提供了4路8位双向I/O 端口，VCC为电源引脚，接入3.3~5V的直流电源，VSS引脚为接地脚，XTAL1和XTAL2接入外部晶体振荡器。若使用单片机开发板学习单片机编程，单片机的外围电路都已经配置完成，无需配置单片机硬件。若不使用单片机开发板，自己购买单片机芯片和相关电子器件，需要独立配置单片机的外围电路。

识别51单片机

51单片机是指所有兼容Intel 80C51 指令系统单片机的统称，Intel 80C51由Intel公司开发，有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个8位并行输入口，80C51内部有时钟电路，但需要外接石英晶体振动器。

生产51单片机的厂商比较多，世界上不同国家的很多芯片厂商都生产51系列单片机。例如：ATMEL公司的AT89系列，Intel公司的i80C51系列，国产宏晶STC89C51系列等。上述51单片机系列都是51内核扩展出来的单片机，也就是说只要学会一种51单片机的操作，这些单片机就都会操作了。

关于芯片上的标号，以宏晶公司51单片机STC89C52RC为例说明，若下图所示。

标号前面的字母标识公司名称，如STC为宏晶公司，AT为ATMEL公司。数字8标识为8051内核芯片。8后面的数字9标识ROM存储器类型。9后面的字母C标识芯片采用了CMOS技术。字母C后面的数字5固定不变。5后面的数字2标识程序存储空间大小，该芯片的ROM存储空间为8KB，数字1位4KB，数字3位12Kb，即该数乘上4KB就是该芯片内部存储程序空间的大小。RTC标识RAM存储空间为512B。

单片机应用

单片机的应用是非常广泛的，可以说只要涉及到电子设备和自动控制系统都会有单片机的身影。我们以自动洗衣机和汽车ABS防抱死系统来说说单片机的应用原理，

洗衣机内部有一个自动控制系统，它控制洗衣机完成自动洗衣过程，该系统的核心就是单片机及其外部控制电路和设备。单片机是一个大规模集成芯片，它通过I/O接口与外部设备交互，并控制外部设备的操作。

图 4全自动洗衣机控制原理图

上图列出了全自动洗衣机控制系统的基本构成，图中带引脚的是单片机，单片机通过接口电路连接水位检测传感器，接收水位信号，控制进水阀的通断。洗衣程序已经写入到单片机内部，用户通过按键设置洗衣程序的运行方式，用户按下启动按钮后，程序会进入执行状态，单片机顺序执行程序指令，按照程序指令来控制电机、进水阀、排水阀、显示器等外部设备，直至洗衣程序执行完成。

汽车ABS访抱死系统能避免在紧急刹车时方向失控及车轮侧滑，使车轮在刹车时不被锁死，防止转向失灵、甩尾、侧翻事故的发生。

图 2 汽车ABS防抱死系统原理图

单片机和外部控制电路、传感器、制动液压电磁阀构成了ABS防抱死系统，系统接收车速传感器和轮速传感器传入的车速和轮速信号，并对信号进行实时分析并生成分析数据，当刹车信号传入时，系统根据分析数据输出控制信号，对制动液压电磁阀进行制动压力调节，实现不同制动状态的切换，保证汽车的安全行驶。

前面通过分析全自动洗衣机和汽车ABS防抱死系统的控制原理，对单片机的应用有了基本了解。

实际上单片机在仪表检测、工业控制、智能家电、网络和通信、汽车电子、……等各行各业有着广泛的应用。在仪表检测领域，应用单片机可以实现仪表的智能化、数字化、集成化、网络化；在工业控制领域，应用单片机实现生成过程自动控制、自动化车床、工业机器人等；在智能家电领域，应用单片机让家电智能化，如智能空调、智能冰箱等；在汽车电子领域，GPS导航、APS防抱死系统、辅助自动驾驶系统等都内嵌了单片机；还有网络通信、……等领域。

图 3 单片机应用领域

如何编写51单片机程序

课程采用Keil和Proteus开发51单片机程序，初学者可以避免直接与硬件打交道，降低嵌入式开发的学习难度。
Keil是由美国Keil Software公司研发的嵌入式开发工具，它支持使用汇编语言和C语言开发单片机嵌入式程序。proteus是由英国Labcenter Electronics公司研发的EDA仿真工具软件，EDA主要用于自动化控制系统电路设计和仿真。

使用Keil和Proteus开发51单片机程序涉及两个主要步骤：编写和编译程序（使用Keil），以及仿真和测试程序（使用Proteus）。以下是详细的步骤说明。

使用Keil编写和编译51单片机程序

 

安装Keil软件

首先，你需要从Keil的官方网站或其他可信来源下载并安装Keil C51软件。安装过程中请按照提示操作。

创建新项目

打开Keil软件后，选择“Project”菜单中的“New Project”选项，然后为你的项目命名并选择一个保存位置。接下来，你需要选择你的目标单片机型号。在“Target”选项卡中，选择适当的51单片机系列和型号。

添加源文件

在项目中添加你的C语言源文件。你可以通过右键点击项目名称，然后选择“Add to Project Group” -> “New File”来创建新的源文件，或者选择“Existing Files”来添加已有的源文件。

编写代码

在源文件中，你可以开始编写你的51单片机程序。这包括初始化设置、功能实现、中断服务程序等。请确保你的代码符合51单片机的编程规范和数据手册中的说明。

 

编译项目

编写完代码后，点击工具栏上的“Build”按钮或选择“Project”菜单中的“Rebuild All Target Files”选项来编译你的项目。如果编译成功，Keil会生成一个可执行文件（通常是.hex或.bin格式）。

 

使用Proteus仿真和测试51单片机程序

安装Proteus软件

下载并安装Proteus ISIS软件。Proteus是一款电路设计和仿真软件，它可以帮助你搭建单片机的外围电路并模拟其运行情况。

设计电路

在Proteus中设计你的51单片机电路。这包括添加单片机芯片、电源、复位电路、时钟电路以及所需的外设和接口。确保你正确连接了所有引脚，并选择了正确的元件型号和参数。

1.1.5.2.3.加载程序

将你在Keil中编译生成的可执行文件加载到Proteus中的单片机芯片上。这通常可以通过双击单片机芯片，然后在弹出的属性窗口中选择“Program File”选项并浏览到你的可执行文件来完成。

开始仿真

设置好仿真参数后，点击Proteus工具栏上的仿真按钮开始仿真。你可以观察单片机的引脚状态、外设响应以及程序的执行情况来验证你的设计是否正确。

调试和优化

如果在仿真过程中发现问题或错误，你可以回到Keil中修改代码并重新编译，然后再在Proteus中进行仿真测试。通过反复调试和优化，你可以确保你的51单片机程序能够正确实现所需的功能。