电子电路设计之C51单片机常见问题

　　笔者在工作中实际使用过AT89C2051、AT89C51、AT89C52等51单片机，后来应用台湾新茂、华邦等厂家的51单片机。实践中遇到许多问题，都是书本上没有的。我印象中，书本上的知识只有一页插图了，就是cpu的时序图。最初直接用汇编写程序，然后是C51嵌套汇编。编译器曾用伟福系列编译器，后来使用keil等，感觉这些编译器大同小异。需要熟练的C语言基础，加上单片机应用的特殊性。

　　本文就51单片机应用中一些常见问题作个总结，这都是我实际碰到过的，因为文章篇幅所限，这些问题远远不足以表达单片机的常见问题。希望对初学者有所帮助，文中不完善的地方务请指点。谢谢!

　　1：C51编译器如何区分位地址和字节地址

　　是靠预定义实现的，比如：sfr P0 = 0x80; sbit P0_0 = 0x80;前者声明了P0端口地址位于0x80，后者说明了P0端口的bit0，即P0.0位于位地址空间0x80处。这2个0x80具有完全不同的含义，靠关键字sfr和sbit来区别。这样当程序被编译时，编译器会依此编译成相应的汇编语言。例如：

　　C51语句： P0 = 1;

　　P0声明为sfr，因此编译成：mov 80h，01h，将把0x01数据送入0x80单元，由于0x80单元物理上对应P0端口，因此，P0.0脚将输出高电平(其实是呈现高阻态，P0口独有的)，其他.1-.7脚输出低电平。

　　C51语句： P0_0 = 1;

　　P0_0声明为sbit，因此编译成：setb 80h，这将把位地址空间的0x80地址的bit的值置1。这个位正是P0口的bit0，执行后，P0.0将输出高阻态。而P0.1-.7不会变化。

　　2：C51为什么要嵌套汇编

　　51单片机一个显著优点就是指令执行时间固定，因此可以适应时序要求严格的场合。例如符合ISO7816协议的cpu卡的读写，对时序要求比较严格。其实就是用io脚做出来的同步半双工串口。支持cpu卡的程序一般比较庞大，需要用c51来组织，但是由于c编译的不确定性，必须把底层程序封装成汇编语言模块嵌入到工程中。这就带来几个问题：如何声明函数、参数如何传递等。限于篇幅，不能说得很细。下面举例：

　　汇编程序单独保存一个文件，加入到工程中，函数如下：

　　_proc_a:

　　mov a, r7

　　inc a

　　mov r7, a

　　ret

　　用c语言在.h文件中声明： extern unsigned char proc_a(unsigned char val);

　　调用时形如： retvalue = proc_a(0x11);

　　说明：

　　a：汇编程序如果带参数，则需要在汇编程序前多加一个下划线。而声明它的地方不用加(伟福编译器这么要求的)。

　　b：函数的形参中第一参数用R7传递，函数返回值用R7返回，这是C51的通用规范。其他参数都有相应规定。函数可以返回一个位，用psw的c位返回。

另外，系统的数据冗余量较大，对于速度要求高的应用场所不适宜用RS-485总线。虽然RS-485总线存在一些缺点，但由于它的线路设计简单、价格低廉、控制方便，只要处理好细节，在某些单片机多机通信应用中仍然能发挥良好的作用。总之，解决可靠性的关键在于工程开始施工前就要全盘考虑可采取的措施，这样才能从根本上解决问题，而不要等到工程后期再去亡羊补牢。

　　c：上面的语句，执行顺序是把0x11给R7，然后跳转子程序，子程序将它加1后送回。

　　d：函数跳转到汇编程序时，本区的R0-R7，A，B，PSW，DPTR等寄存器可以供子程序使用，不必考虑调用后是否要恢复这些常规资源。上例中，A的值被函数使用了，编程者不必恢复调用前的值。

3：51单片机的P0口特殊之处

　　许多新手都碰到这个问题，其实很简单，这涉及到芯片的io脚是怎么做出来的。这对硬件工程师来说十分重要。TTL的io脚模型：

　　P1，P2，P3口都可以理解成左图，注意vcc下面有个电阻，因此可以理解成：引脚输出1的能力弱。地那边没有电阻，可以理解成引脚吸入电流能力强。而P0口，可以理解成右图。这就是集电极开路输出，也叫OC输出。可以看出，当CTR=1时，三极管导通，引脚被接地;当ctr=0时，三极管截止，引脚浮空，也叫三态。这个端口这么做的目的是考虑P0口肩负读写数据和地址复用，这个关系要仔细看懂cpu时序图。因此，P0口要加合适的上拉电阻，绝不要加下拉电阻。上拉电阻的选择要看外部负载情况。

　　4：P1-3口如何输入输出

　　从上节的左图可以看出。做输出时，ctr=1则输出强信号0，ctr=0则输出弱信号1。当io脚做输入时，应使ctr=0，这样三极管截止。外部信号如果是1，则上拉电阻加强了这个1，单片机就会读到1。当外部信号为0时，注意，必须将上拉电阻的上拉作用全部抵消，才能在引脚上得到0。

　　因此，对于程序来说，把io脚置1就处于接收状态，当然也是输出1状态。程序置io口为1，读取的信号是不是1就依靠外部电路了，如果外部电路没有“吃掉”上拉电阻的电流，则读取得到1，反之，虽然程序置io脚为1，但是读取得到的就是0。

　　因此，如果用io脚的高电平驱动外部电路时，要小心外部电路把这个1“吃掉”从而输出不了1。而作为输入时，为0电平的外设必须足够有能力将io脚拉低。所以，用io脚直接点亮led的时候，最好用反逻辑，就是输出0，让led亮。这样能保证驱动能力。就是io脚接led的负端，led的正端过电阻接vcc。

　　因此，io脚输出1时，外部电路将它强行接地是没有关系的，而io脚输出0的时候，外部电路强行接电源就会把io脚损坏。所以，程序加电之后，一般把所有io口都写成1：MOV P0，0FFH。

　　P3口引脚复用，必须引脚都处于输出1状态。例如，把RXD脚输出0，则它什么数据都读不进来了，笔者早期曾调试一整天才发现串口收不到数据是没有把RXD置1的原因，把时间都浪费在外围了，当时很是汗颜。

　　5：有关晶振

　　单片机的晶振在内部可以简化成一个反向器。当晶振输入脚XI刚过坎压、被认为是1的一瞬间，输出脚XO就输出0，这个0会带动晶振使XI电压下降，当降低到坎压被认为是0的一瞬间，输出脚XO就输出1。这样周而复始。

　　因此，用示波器观察正常工作的晶振输入脚XI时，得到的是一个不高不低的近似水平线。而XO则是幅值很大的正弦波。测量晶振输入脚XI时，示波器表笔要打在X10档上，否则，表笔就能把晶振弄停。

　　因此布线时，晶振输入脚XI要尽量靠近晶振，而XO脚可稍远。同时XO具有一定的驱动能力，某些芯片可以用它驱动其它时序电路(不推荐这么做，因为系统可靠性下降)。

　　写到这里，才发觉51单片机的问题太多了，这篇文字简直就是沧海一粟。以后再补充吧，另行成文。

来源：http://www.elecfans.com/emb/danpianji/20111122253113_2.html