单片机工作时，会从ROM中一条一条的取出指令，然后一步一步的执行，单片机访问内存的时间叫机器周期，也就是一个时间基准，一个机器周期由12个时钟周期组成，如果单片机选用12MHz晶振，那么它的时钟周期就是1/12us，机器周期就是12×(1/12)us，也就是1us。
在MCS-51单片机的所有指令中，有的完成得比较快，只需要一个机器周期，有的完成得比较慢，需要两个机器周期，有的甚至需要4个机器周期。为了衡量指令执行时间的长短，引入了一个新的概念：指令周期。所谓指令周期，就是指执行一条指令所花费的时间。例如当需要计算完成DJNZ指令所需要的时间时，首先要知道晶振的频率，如果采用的晶振是12MHz，那么一个机器周期就是1us。DJNZ指令是双周期指令，所以执行一次需要2us，如果该指令需要执行500次，那么正好是1000us，也就是1ms。
机器周期不仅对指令执行很重要，也是单片机定时器和计数器的时间基准。例如，如果单片机选择了12MHz的晶振，那么当定时器的值增加1时，实际经过的时间就是1us。这就是单片机的计时原理。
简单来说，没有晶振就没有时钟周期，没有时钟周期程序代码就无法执行，单片机就无法工作。
5.格雷码到二进制的转换方法
二进制码第n位=二进制码第(n+1)位+格雷码第n位。由于二进制码和格雷码的位数相同，所以从最高位左边取0即可计算出二进制码。（注意：遇到1+1时，结果视为0）
例如：格雷码0111为4位数字，那么它转换成的二进制码也一定是4位数字。因此，转换后的二进制码第五位可以取为0，即0 b3 b2 b1 b0。
0+0=0，所以 b3=0
0+1=1，所以b2=1
1+1 等于 0，所以 b1=0
0+1 等于 1，所以 b0=1
因此转换后的二进制码为0101
格雷码转换的快速方法
（假设二进制值0作为格雷码的0）
G：格雷码 B：二进制码
G(N) = B(n+1)异或B(n)
单片机广泛应用于工业控制、家电、消费电子、医疗电子、仪器测量等领域。为了满足初级电子工程师/单片机爱好者的需求，电子爱好者网隆重策划，整合推出《单片机基础关键技术详解》系列技术文章，后续还将陆续推出其他章节，敬请广大工程师朋友继续关注。为响应广大工程师网友对前三章的热烈反响，电子爱好者网将继续推出更多技术精品系列文章，供各位工程师网友欣赏。
阅读相关系列章节
单片机关键技术基础详解（上）
单片机关键技术基础详解（下）
单片机关键技术基础详解（三）
1.C51单片机在电子电路设计中的常见问题
我在工作中用过AT89C2051、AT89C51、AT89C52等51单片机，后来用过***新茂、华邦等厂家的51单片机，在实践中遇到很多书上没有的问题。在我的印象里书上的知识只有一页插图，就是CPU时序图。最开始是直接用汇编写程序，后来用C51嵌套汇编。编译器用的是威孚系列的编译器，后来用过Keil等，感觉这些编译器都差不多，需要熟练的C语言基础，再加上单片机应用的特殊性。
本文总结了51单片机应用中的一些常见问题，这些都是我实际遇到过的，由于文章篇幅有限，这些问题还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，文章中不完善之处还请大家指出，谢谢！
1：C51编译器如何区分位地址和字节地址？
它是通过预先定义来实现的，例如：sfr P0 = 0x80;sbit P0_0 = 0x80；前者声明了P0口的地址在0x80处，后者声明了P0口的bit0也就是P0.0在位地址空间中位于0x80处。这两个0x80具有完全不同的含义，通过关键字sfr和sbit来区分。这样，在编译程序时，编译器就会据此将其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，将会把0x01个数据送入0x80单元，由于0x80单元物理上对应的是P0口，所以P0.0引脚会输出高电平（实际是高阻状态，这是P0口特有的），其它.1-.7引脚都会输出低电平。
C51语句：P0_0 = 1;
P0_0声明为sbit，所以编译成：setb 80h，会把位地址空间中0x80地址处的位的值设置为1，这个位正是P0端口的bit0，执行之后P0.0会输出高阻。P0.1-.7不会发生变化。
2：C51为什么需要嵌套汇编？
51单片机的一个显著优点就是指令执行时间固定，因此可以适应对时序要求严格的场合。比如对符合ISO7816协议的CPU卡的读写，就有严格的时序要求，其实就是用IO引脚做成的同步半双工串口。支持CPU卡的程序一般比较大，需要使用C51来组织，但是由于C汇编的不确定性，底层程序必须封装成汇编语言模块嵌入到工程中。这样就带来几个问题：如何声明函数，如何传递参数等，限于篇幅，不能详细讲解，下面举个例子：
汇编程序保存在单独的文件中，并添加到项目中。功能如下：
_proc_a：
移动 a， r7
增加
mov r7, a
保留
在.h文件中使用C语言声明：extern unsigned char proc_a(unsigned char val);
调用形式如下：retvalue = proc_a(0x11);
阐明：
a：如果汇编程序有参数，则需要在汇编程序前添加下划线，但在声明的地方不用添加（这是威孚编译器的要求）。
b：函数的第一个参数在R7中传递，函数的返回值在R7中返回，这个是C51的通用规范，其他参数都有相应的规定。函数可以返回一个位，就是在psw的c位中返回。
c：以上语句的执行顺序是将0x11赋给R7，然后跳转到子程序，将其加1后返回。
d：当函数跳转到汇编程序时，此区域中的寄存器R0-R7、A、B、PSW、DPTR等可供子程序使用，无需考虑调用后是否恢复这些常规资源。上例中A的值已被函数使用，程序员无需恢复调用前的值。
3：51单片机P0口的特殊功能
很多新手都会遇到这个问题，其实很简单，涉及到芯片的io引脚是怎么弄的，这个对于硬件工程师来说很重要，TTL io引脚模型：
P1、P2、P3口都可以理解为左图，注意vcc下面有一个电阻，所以可以理解为：该引脚输出1的能力弱。地那边没有电阻，可以理解为该引脚吸收电流的能力强。至于P0口可以理解为右图，这个是集电极开路输出，也叫OC输出，可以看出当ctr=1的时候，三极管导通，引脚接地；ctr=0的时候，三极管截止，引脚悬空，也叫三态。做这个口的目的是考虑到P0口负责读写数据和地址复用，这个关系需要仔细理解CPU时序图，所以P0口要加合适的上拉电阻，千万不要加下拉电阻，上拉电阻的选择要根据外部的负载来决定。
4：如何输入输出P1-3端口
从上一节的左图可以看出。输出的时候ctr=1输出强信号0，ctr=0输出弱信号1。io引脚作为输入的时候应该设置ctr=0，这样三极管截止。如果外部信号是1，上拉电阻会加强这个1，单片机就会读到1。当外部信号为0的时候，请注意必须完全抵消上拉电阻的上拉作用，才能让引脚上得到0。
所以对于程序来说，设置io引脚为1代表是接收状态，当然也是输出1状态。程序把io口设置成1，读出的信号是否为1取决于外部电路，如果外部电路没有“吃掉”上拉电阻的电流，读出来的就会是1。反之，虽然程序把io引脚设置成1，读出来的就会是0。
所以如果用io引脚的高电平去驱动外部电路，一定要小心外部电路会“吃掉”这个1，输出不了1。作为输入时，0电平的外设必须有足够的能力把io引脚拉低。所以用io引脚直接点亮LED时，最好用反逻辑，也就是输出0，让LED亮起来。这样可以保证驱动能力。也就是io引脚接LED的负端，LED的正端通过电阻接VCC。
所以当io引脚输出1的时候，外部电路强制将其接地是可以的，但是当io引脚输出0的时候，外部电路如果强制连接到电源，会损坏io引脚。所以程序上电后，一般把所有io口都写成1：MOV P0,0FFH。
P3口引脚是复用的，必须所有引脚都处于输出1状态。比如RXD引脚输出0的话，将无法读出任何数据。我曾经花了一整天时间调试，发现串口收不到数据，就是因为RXD引脚没有置1，把时间都浪费在了外围上，当时很是尴尬。
5：关于晶振
单片机的晶振内部可以简化成一个反相器，当晶振输入脚XI刚过阈值电压被认为是1时，输出脚XO输出0，这个0会驱动晶振使XI电压下降，当下降到阈值电压被认为是0时，输出脚XO输出1，如此循环重复。
因此，用示波器观察正常工作的晶振输入脚XI时，得到的是一条大致水平的线，而XO则是一条幅度较大的正弦波。测量晶振输入脚XI时，应将示波器探头置于X10位置，否则探头会使晶振停振。
所以在布线时，晶振输入脚XI要尽量靠近晶振，而XO脚可以稍远一些。同时XO具有一定的驱动能力，有些芯片可以用它去驱动其他时序电路（不建议这么做，因为会降低系统的可靠性）。
写到这里，意识到51单片机的问题实在是太多了，本文也只是沧海一粟，以后我会另起一篇文章进行补充。
2.实验单片机开发板介绍
开发板集成了单片机系统最常用、最关键的功能单元，包括字符液晶显示、图片/汉字显示、数码管显示、实时时钟、步进电机控制、继电器控制、ADC转换、E2PROM操作、串口通信等，并提供了完整的C51例程。
基本配置
1、STC89C51单片机支持通过串口在线下载程序，也就是说你不用再购买单片机烧录器，可以随时把程序烧录到你的单片机里，并且随时观察你修改的程序的运行情况。
2、4位8段数码管显示（可用于计数器、计时器、频率计、流水灯、电子钟等各种显示实验）
3、MAX232芯片RS232通讯接口（可作为与电脑通讯的接口，也可作为给STC单片机下载程序的接口）
4、独立+5V直流供电（避免因USB口供电而烧毁电脑主板的隐患）
5、蜂鸣器（可以使单片机发声、唱歌，让单片机变成电子钢琴）。
6、模数转换芯片ADC0832（两路可调的AD输入，串行接口控制，转换效率高，是我们常用的模数转换器件）。
7、ULN2003步进电机驱动控制，可以控制继电器，驱动步进电机（这是迈向工业自动化的第一步，步进电机的操作是学习单片机必须要面对的，必须掌握的，机械的精确定位需要用到步进电机，数码相机调焦，扫描仪等设备都大量使用步进电机）
8、SPI串行实时时钟电路（DS1302）及后备电源（熟悉SPI总线，可以用DS1302制作万年历电子钟，待机电流很小，纽扣电池后备电源可以保证时钟芯片工作数年，断电时间继续，与定时器制作的时钟相比，它走时更准确，不需要计算，自动产生闰年，再次通电时数据不会乱掉）。还必须掌握同类时钟芯片的操作。
9、继电器控制，学会用弱电来控制强电，在电气安全控制、远程控制方面非常有用。
10、AT24C02外置EEPROM芯片（IIC总线组件实验）。此芯片FLASH中存储的数据可保证10年不丢失。
11、字符液晶1602LCD接口。（采用插拔式接头，插拔方便，可显示两行，每行16个字符，共32个任意ASCII码字符。其功能应用比数码管丰富得多，显示的信息量也大。可设计为仪器、设备控制面板的人机交互模块）。
12、图形点阵液晶12864LCD接口（采用插拔方式，方便插拔，可以显示任意汉字及图形，是单片机图形显示最常用的显示设备。本实验板支持带字库的12846液晶，让程序开发更加方便。12846液晶不随板赠送）。
13、4*4矩阵键盘（熟悉矩阵键盘编码、解码及扫描原理，可作为人机交互信息输入界面）。
14、单片机的32个IO口全部引出，方便用户自由扩展，增加新功能。
15.可加装锁定装置，方便主芯片的安装和拆卸
16、大部分元器件采用SMD封装，有效节省系统空间。功能模块电源切换由软件控制，无需跳线连接，系统综合控制功能强。
17、光盘内含本实验板全部例程，还附赠破解版KEIL编译、调试、仿真软件，STC单片机程序下载软件，电路板设计软件PROTEL 99SE、PROTEL 2004DXP等，以及所有电路图，实验板详细使用教程等。
标准组件
MCU开发板标准配置
1.主机开发板一套（含板上所有元器件）
2、串行通讯线一条（兼作程序下载线）
3. 一个1602字符LCD
4.DVD一张（开发板全套资料）
电路板及电子元器件单独出售，用户可以自行焊接、调试。
3. IC解密：单片机运算指令
单片机算术指令汇总，单片机无进位加法指令
ADD A, #DATA; 例如：ADD A, #10H
ADD A，直接；例如：ADD A，10H
ADD A，Rn；例如：ADD A，R7
ADD A, @Ri；例如：ADD A, @R0
目的：将A中的值与其后面的值相加，最终结果返回给A。
例如：MOV A,#30H
添加 A, #10H
执行该指令后，A中的值为40H。
自行练习以下问题
MOV 34H，#10H
MOV R0,#13H
MOV A，34H
添加A，R0
MOV R1，#34H
添加 A，@R1
带进位的加法指令
直流母线电压A，Rn
ADDC A，直接
ADDC A，@Ri
ADDC A，#数据
目的：将A中的值与其后的值相加，并将进位位置C的值相加。
注意：由于51单片机是8位机，所以只能做8位数值运算，但是8位运算的范围只有0-255，实际工作中不够用，所以需要进行扩展。一般把两个8位数值运算组合成一个16位运算。这样，能表达的数值范围就能达到0-65535。怎么组合呢？其实很简单，我们来看一个十进制数例程：
66+78。
我们不关心这两个数相加的过程，但实际上我们是这样做的：先做 6+8（低位），再做 6+7（高位）。我们做了两次加法，但是我们在做的时候并没有刻意把它分成两次加法，或者我们没有意识到我们做了两次加法。之所以分成两次加法，是因为这两个数超出了单个数字（0-9）可以表达的范围。
做低位加法的时候会产生进位，我们做的时候在相应的位置点一下，做高位加法的时候再把这个点加进去。在计算机里做16位加法也是一样，先做低8位。如果两个数相加产生了进位，我们也需要“点一下”做一个标记，这个标记就是PSW里的进位位C，做高位加法的时候就把这个C加上去。例：1067H+10A0H，先做67H+A0H=107H，而107H显然超过了0FFH，所以最后A里存的数值是7，而1就放到PSW里的CY位上，也就是说CY相当于100H。再做10H+10H+CY，结果是21H，所以最后结果就是2107H。
MCU 带借位减法指令
亚基A，Rn
SUBB A，直接
SUBB A，@Ri
SUBB A，#数据
假设(R2)=55H,CY=1，执行指令SUBB A,R2后，A中的值为73H。
注意：微控制器没有无借位减法指令。如果需要执行无借位减法指令（执行第一次减法时），只需清除 CY。
乘法指令
穆尔公司
该单片机指令功能是将A、B中两个8位无符号数相乘。两个数相乘的结果一般很大，所以最后结果以16位数表示，高8位放在B中，低8位放在A中。当乘积大于FFFFFH（65535）时，将0V设置为1（溢出），否则OV为0，CY始终为0。
例如：（A）= 4EH，（B）= 5DH，执行指令
MUL AB 后乘积为 1C56H，因此将 1CH 放入 B 中，将 56H 放入 A 中。
部门指令
AB 类
该单片机指令功能是将A中的8位无符号数除以B中的8位无符号数（A/B）。除法的结果通常为小数，但计算机中无法直接表示小数。它利用了我们小学时还未接触小数时的商和余数的概念，例如13/5，商为2，余数为3。除法后商放在A，余数放在B。CY和OV均为0。如果除法前B中的值为00H，即除数为0，则0V=1。
添加 1 条指令
增加
增加 Rn
INC 直接
INC@Ri
增加DPTR
目的很简单，就是将目标中的值加1。例：(A) = 12H，(R0) = 33H，(21H) = 32H，(34H) = 22H，DPTR = 1234H。执行以下指令：
增加 A (A) = 13H
增加R2（R0）=34H
INC 21H（21H）= 33H
INC @R0（34H）= 23H
增加DPTR（DPTR）= 1235H
注意：从结果来看，INC A 和 ADD A,#1 类似，但 INC A 是单字节单周期指令，而 ADD #1 是双字节双周期指令，且 INC A 不会影响 PSW 位，如 INC A (A) = 00H 后 (A) = 0FFH，CY 保持不变。如果是 ADD A,#1，则 (A) = 00H，CY 一定为 1。因此加 1 指令不适合用于加法，其实主要用于计数、地址增加等，另外加法指令都是以 A 为中心。
