51单片机C语言编程：中断与外设接口（权威解析）

 # 1. 51单片机C语言编程概述 51单片机是一种8位单片机，广泛应用于嵌入式系统中。它以其低成本、高性能和易用性而著称。C语言是一种高级编程语言，因其可移植性、结构化和可读性而受到广泛使用。 使用C语言对51单片机进行编程可以提高代码效率和可维护性。51单片机C语言编程涉及使用C语言来控制单片机的硬件和外设，实现各种功能。 # 2. 中断机制与编程 **2.1 中断的基本概念和类型** **2.1.1 中断的分类** 中断是指当CPU正在执行一条指令时，由于某些外部事件或内部事件的发生，导致CPU暂停当前指令的执行，转而执行一段特殊的程序（中断服务程序）来处理该事件。中断分为以下几类： - **外部中断：**由外部设备或信号引发的中断，如按键按下、串口接收数据等。 - **内部中断：**由CPU内部产生的中断，如定时器溢出、看门狗定时器复位等。 **2.1.2 中断的处理流程** 当发生中断时，CPU会执行以下处理流程： 1. 保存当前程序的现场，包括程序计数器（PC）、寄存器等。 2. 根据中断源确定中断服务程序的入口地址。 3. 跳转到中断服务程序的入口地址执行中断处理代码。 4. 执行完中断处理代码后，恢复现场，返回到中断发生前的程序继续执行。 **2.2 中断服务程序的编写** **2.2.1 中断服务程序的结构** 中断服务程序是一个特殊的函数，其结构如下： ```c void interrupt_service_routine() { // 中断处理代码 } ``` 中断服务程序中必须包含以下内容： - 中断处理代码：用于处理中断事件，如读取外部设备的数据、清除中断标志等。 - 中断返回指令：用于恢复现场，返回到中断发生前的程序。 **2.2.2 中断服务程序的优先级** 51单片机支持中断优先级，允许多个中断同时发生时，优先级高的中断先得到处理。中断优先级由中断向量表中的中断向量地址决定，中断向量地址越小，优先级越高。 **2.3 中断系统的管理** **2.3.1 中断使能和禁止** 中断使能和禁止控制着中断的发生。通过设置中断使能/禁止位，可以控制特定中断的发生。 **2.3.2 中断优先级设置** 中断优先级设置控制着多个中断同时发生时的处理顺序。通过设置中断优先级寄存器，可以设置中断的优先级。 **代码块：** ```c // 中断使能 EA = 1; // 中断禁止 EA = 0; // 设置中断优先级 IP = 0x03; // 设置中断优先级为3 ``` **逻辑分析：** - `EA`寄存器控制着中断的使能和禁止。当`EA`为1时，中断使能；当`EA`为0时，中断禁止。 - `IP`寄存器控制着中断的优先级。`IP`的值越小，中断优先级越高。 **参数说明：** - `EA`：中断使能/禁止位 - `IP`：中断优先级寄存器 # 3. 外设接口编程** ### 3.1 串口通信 #### 3.1.1 串口通信的基本原理 串口通信是一种异步串行通信方式，它通过一根传输线和一根接收线进行数据的传输和接收。数据以位为单位传输，每个位的时间间隔称为比特时间。串口通信的发送方和接收方必须协商好相同的波特率（比特率）、数据位、停止位和校验位等参数，才能保证通信的正确性。 #### 3.1.2 串口通信的配置和使用 51单片机中常用的串口模块是SBUF（串口缓冲寄存器）。SBUF用于存储待发送或接收的数据。串口通信的配置和使用主要涉及以下寄存器： - **SCON寄存器：**配置串口通信模式、波特率、数据位、停止位和校验位。 - **SBUF寄存器：**存储待发送或接收的数据。 - **TI标志位：**表示发送缓冲区为空，可以发送数据。 - **RI标志位：**表示接收缓冲区有数据，可以接收数据。 **代码块：** ```c // 初始化串口 void uart_init(unsigned int baud) { // 设置波特率 SCON = 0x50; // 9600bps TMOD = 0x20; // 定时器1模式1，8位自动重装载 TH1 = 0xFD; // 波特率为9600bps TR1 = 1; // 开启定时器1 // 设置数据位、停止位和校验位 SCON |= 0x0C; // 8位数据位，1位停止位，无校验 } // 发送一个字节 void uart_send_byte(unsigned char data) { while (!TI); // 等待发送缓冲区为空 SBUF = data; // 发送数据 } // 接收一个字节 unsigned char uart_recv_byte() { while (!RI); // 等待接收缓冲区有数据 return SBUF; // 返回接收到的数据 } ``` **逻辑分析：** * `uart_init`函数初始化串口通信，设置波特率、数据位、停止位和校验位。 * `uart_send_byte`函数发送一个字节，等待发送缓冲区为空后再发送数据。 * `uart_recv_byte`函数接收一个字节，等待接收缓冲区有数据后再返回接收到的数据。 ### 3.2 定时器编程 #### 3.2.1 定时器的基本原理 51单片机有三个定时器：定时器0、定时器1和定时器2。定时器是一种计数器，它可以用来产生定时中断、产生脉冲波形或测量时间间隔。定时器的工作原理是：当定时器计数到一个预设值时，会产生一个中断。 #### 3.2.2 定时器的配置和使用 定时器的配置和使用主要涉及以下寄存器： - **TMOD寄存器：**配置定时器的模式和分频系数。 - **TLx和THx寄存器：**存储定时器的计数值。 - **TFx标志位：**表示定时器溢出。 - **TRx标志位：**表示定时器是否运行。 **代码块：** ```c // 初始化定时器0 void timer0_init(unsigned int ms) { // 设置定时器0为模式1，16位自动重装载 TMOD |= 0x01; // 设置定时器0的重装载值 TH0 = (65536 - ms * 1000 / 24) % 256; TL0 = (65536 - ms * 1000 / 24) / 256; // 开启定时器0 TR0 = 1; } // 定时器0中断服务程序 void timer0_isr() interrupt 1 { // 清除定时器0溢出标志位 TF0 = 0; // 执行定时器0中断处理代码 } ``` **逻辑分析：*