宇凡微详解：51单片机程序执行流程

今天宇凡微为大家分享的内容是51单片机程序执行流程 ，在我们的学习过程中总是会遇到一些难题，我们宇凡微将为大家整理更多的知识点，供大家学习参考。

51单片机程序执行流程

单片机是没有上操作系统的东西，在keil中编写的代码都是裸机代码，深入编写裸机代码有助于了解硬件的特性。

若不是硬件特性已定的情况之下的其它流程都是代码作祟。忽然想到来探探51单片机的执行流程。这个念头起源于最初见到每个51程序里面的主函数里面最终都挂一个while(1);语句。为何要加一句while死循环让程序停留在main函数中呢。将while(1);语句去掉有什么影响么?

写一个很简单的程序试一下。

执行以上程序，由P1端口控制的流水灯闪了一下。程序最终进入while(1);里纠缠去了，这个到好解释。

现将while(1);语句屏蔽掉。我还以为程序不能被正确执行了呢，因为退出了main主函数，就像Render需要循环来实现一样(尽管刚刚闪灯的程序不在循环之内，但我还是不由产生了这一错觉)。程序执行的结果是：流水灯不停地闪烁!

看到这个现象后的猜想及动作：

1、这块板坏了吧!(在带操作系统如linux字符界面下运行一个不带死循环的C语言文件完毕后就会返回到linux shell程序中)。赶紧换个板再测试一下，显然还是一样的结果；

2、单片机中将一直执行main函数中的最后一个(些)语句?(基于带OS平台下运行标准C语言文件的经验，可从来没有想过是main函数被多次调用或多次进入)；

3、单片机内将C语言指令取出来加载到单片机内，单片机内自动生成一个主程序循环执行C语言中main函数的内容?(虽然很荒唐，还是想了)；

4、赶快谷歌百度一下单片机的执行流程(虽然在谷歌百度时以“51单片机程序执行流程”搜索，没有搜到相关内容)。换朴实的搜索词：“51单片机 main”。然后就出现跟我一样带有疑问的问题：为什么main函数中不加while(1);语句之后程序会反复执行呢?回答的关键词包括“程序跑飞、看门狗、复位”；

5、趁上嵌入式的机会将“51单片机程序执行流程”搬出来并向老师讲述了我所写程序的得到的现象，包括我怎么验证呀等等。

老师的回答：Keil C51程序自动加载了一个名为”STARTUP.A51”的文件，在这个文件里面进行了一系列的初始化操作后进入用户编写的C语言程序入口main函数中，main函数执行完毕后，STARTUP.A51文件后有一句跳转到程序入口main函数的语句，所以会再次进入C语言主程序main函数中执行相关内容。

然后我用keil软件模拟了运行一下以上那一段代码：

程序开始运行就在程序入口main函数的第一条语句之处，Disassembly窗口是c语言代码与汇编代码相对应的窗口，前面是地址，后面的是C语言对应的汇编语句。下面的窗口是相应文件的运行代码的位置，由黄色箭头指向当前正要执行的代码。然后点击单步运行工具条，直到跳出main函数为止，程序跳转到STARTUP.A51中的以下代码位置：

继续点击单步调试直到进入一个循环中：

这里是一个循环，根据DJNZ指令的功能：每执行一次DJNZ RO, IDATALOOP就将R0的值减1，若R0的值不为0则就跳到IDATALOOP地址去。很显然这是一个循环，那么RO的值是多少呢，在以下窗口显示：

可见r0的初值为0x7f，这里将要循环0x7f(128)次，具体在这里r0值的含义可查看一下子的。那么在这个循环之后程序又将去哪里呢?跳过这个循环后程序运行的地方如下：

再单步运行一次：

根据Disassembly的内容，此条语句执行了就又要回到main函数中去了，执行一下试试：

所以，在51单片机中，程序的执行流程就是会不断( 以r0的值作为延迟条件， 具体含义可继续探索 )的进入main函数中执行main函数中的代码。

为什么我们在linux等上面运行不带死循环的C语言代码后程序就会自行终止呢?这是不同的操作流程：

1、C51单片机不带OS(操作系统)，代码的执行形势在此看来就由STARTUP.A51来安排了，没有一个更大的程序来管理怎么调用main函数。

2、像Linux这类的平台是带了OS的，运行一个C语言程序对linux来说就是一个任务，除了运行C语言程序这个任务外还有其它的任务。当运行一个C语言程序完毕时，此次的任务也算是完成了。如在linux shell界面运行一个文件名为“hello.c”功能为输出“hello world!”的C语言程序,过程如下：

编译：gcc hello.c –o hello

运行：./hello

在运行hello可执行文件时，可以当做是shell调用了hello这个可执行程序。在hello运行完毕后，将返回值等返回给shell界面。整个C语言文件的生死全由linux shell程序管理。

以上就是深圳宇凡微为大家介绍关于51单片机程序执行流程 的全部内容。宇凡微提供的方案技术能够走在市场前沿，是因为有过硬的研发技术，为各大电子产品生产商打造属于自己的品牌产品，提升市场竞争力！

原文：宇凡微详解：51单片机程序执行流程

从一个简单的项目，学会单片机的使用：51单片机设计的8路抢答器

单片机作为可编程器件，简化了电路的设计、方便了逻辑设计，从此再也不用使用一大堆电路做硬件逻辑了。拆开任何一件功能稍微复杂一点电子产品，里边都可以看到单片机的身影。学会单片机对找工作也很有利，而且待遇还不错，今天就从实例分享的角度和大家共享一个案例，用单片机来实现一个抢答器。

在电视节目中，经常看到抢答器出现在知识竞赛、答题竞赛节目中，如江苏卫视的《一站到底》，抢答器可以准确、公正、直观、公平的显示出抢答选手的编号，可以更好的促进各选手之间的竞争意识，营造紧张的抢答气氛，增加节目的趣味性和观赏性。

抢答器的设计框图

抢答器要实现如下功能：抢答功能、显示功能、倒计时功能、自锁功能。节目后台需要控场，拥有抢答器的绝对控制权。功能需求 如下：

在该设计中，按键采用机械式的四腿按键来实现，按键数量10个；显示采用三位数码管来实现，两位显示时间，一位显示选手编号；声音提示用蜂鸣器来实现。核心器件采用51单片机来实现。其功能框图如下图所示。

1-抢答器功能框图

按键输入电路设计

该抢答器设计中总共有10个按键，其中8个按键用于给用户抢答用，所代表的编号为1-8，另外两个按键分别为开始键和结束键，由主持人或者后台控制。由于8路输入抢答按键具有互锁功能，所以只要有一个有效输入后，其他抢答都是无效的，这个功能可以在程序中实现，为了方便程序设计，这里采用8输入与非门来实现，所用型号为74LS30，该与非门有8路输入，1个输出，功能框图如下所示。

2-74LS30与非门框图

8个按键作为74LS30的输入，输出通过NPN三极管接入51单片机的外部中断0接口，以中断的方式实现按键功能的检测，单片机的中断资源为低电平有效，为了提高电路稳定性在三极管的集电极上加入上拉电阻，以防误动作。

3-按键输入电路设计

开始和结束两个按键采用独立式按键设计，占用掉单片机的两个IO口，程序中采用轮询来实现。

数码管显示电路设计

显示部分采用数码管来实现，根据设计要求，两位用于显示倒计时时间，最大可以显示99；一位用于显示选手编号，故需要3颗数码管，该设计中采用共阳数码管来实现，所谓共阳数码管是指公共端接高电平，段选管脚接低电平后相应的字段才会被点亮。共阴数码管正好相反，公共端接低电平，段选管脚接高电平后相应的字段才会被点亮。数码管的实物图如下所示。

4-数码管实物图

数码管的引脚比较多，除了8个段选管脚外，还有公共端/位选引脚，如果用三颗独立的数码管可能需要较多单片机引脚资源，为了解决这个问题，本例设计采用74HC595作为数码管驱动。74HC595是串入并出的移位寄存器，只需要三个引脚就可以控制8个引脚的输出，而且还可以实现级联。所以74HC595通常在数码管驱动和点阵屏中应用比较多。

这三颗数码管中，分为时间显示和编号显示两组，用到三颗74HC595，其中两颗级联用于控制时间显示的数码管，总共用到6个单片机的IO口，驱动电路如下图所示。

5-数码管驱动电路

蜂鸣器发声电路设计

需求中提到发声设计，当有效按键事件发生时，蜂鸣器发声作为提示音，当倒计时进入5秒之内后还没有人按键抢答时，蜂鸣器每隔1秒发声，制造现场紧张的气氛，提高节目的观赏性和娱乐性，增强节目效果。本例中选择了蜂鸣器，蜂鸣器驱动电路如下图所示。

6-蜂鸣器驱动电路

由于单片机的IO口驱动能力有限，所以采用三极管来驱动，这里选用了PNP三极管。三极管驱动蜂鸣器时工作于饱和状态，为了让三极管充分饱和，将蜂鸣器接在了三极管的集电极，这个地方初学者在设计电路时要注意。图中当单片机的IO口输出低电平时蜂鸣器工作发声。

抢答器程序设计

该设计使用keil5作为编程环境，涉及到数码管显示、按键检测/互锁、蜂鸣器发声、定时器等相关功能模块的程序编写。程序设计的流程图如下所示。

7-程序设计流程图

程序的功能逻辑介绍如下，上电后数码管显示FFF字样，并首先检测“开始”按键是否按下，如果没有按下开始按键则表示抢答未开始。如果按下了开始按键，抢答器启动，秒显示开始倒计时，有人按下抢答键时蜂鸣器发声、倒计时停止并显示抢答者编号，整个抢答事件结束，直到主持人/后台按下结束按键后再显示FFF。如果倒计时进入5秒内，仍未有人抢答，则每个整秒蜂鸣器响一次，直至结束。

以上为程序逻辑设计和程序的流程图讲解，下面介绍各功能模块的程序设计。

首先介绍数码管的程序编写 ，再编写程序时，都会预先定义好数码管的字段表，根据共阳数码管和共阴数码管的不同，其字段表也是不一样的，但是两者是互补的，数码管可显示的字段表如下图所示。

8-数码管字段表

程序代码如下：

/*共阳数码管的0-9数字字码表*/

uchar code seg_code[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x8e,0xff};

其次是按键部分 ，抢答按键采用中断来实现，开始/结束按键采用轮询实现，部分定义代码如下所示。

//定义抢答按键

sbit KEY_1=P0^0; //1

sbit KEY_2=P0^1; //2

sbit KEY_3=P0^2; //3

sbit KEY_4=P0^3; //4

sbit KEY_5=P0^4; //5

sbit KEY_6=P0^5; //6

sbit KEY_7=P0^6; //6

sbit KEY_8=P0^7; //6

//定义开始/结束按键

sbit START = P2^4;

sbit STOP = P2^5;

仿真电路的设计和验证

在做板子之前，先用Proteus仿真软件做了仿真。Proteus仿真支持51单片机并可以实现运行程序的功能，当把程序写好后加载至Proteus即可实现程序的调试，Proteus还可以与Keil软件实现联调功能。所设计的仿真电路如下图所示。

9-仿真电路-初始显示FFF字样

在上电初期，显示“FFF”字样，前两个数码管代表倒计时时间，后一个数码管代表抢答者的编号。按下开始按键后，抢答器开始工作，如下图所示。

10-抢答成功界面

上图表示，在倒计时时间还有7秒的时候，5号选手完成了有效抢答，直至主持人/后台按下结束后再显示FFF，否则一直显示该界面。

抢答器的焊接调试

为了实现功能验证，选择用万用板手工焊接实现这个设计。最终的实物图如下所示：

11-最终实物图正面

电源供电为DC5V，可以使用电池盒供电，也可以选择5V输出的手机充电器供电，导线走在了电路板正面，虽然丑了点，但是方便一点。电路板的反面如下图所示。

12-最终实物图背面

反面是用焊锡连接实现的。由于功能不是很复杂，程序写完后，调试了没几次就完成了功能，前文中所描述的功能都实现了。按键互锁的功能也实现了。下图是通电运行的界面，表示5号抢答者在倒计时28秒的时候抢答成功，这时候其他抢答者的按键无效。只有开始或者结束按键是其作用的。

13-抢答成功界面

该抢答器的设计虽然是一个很简单的练手项目，但是却涉及到了单片机中最常用的外设电路，可以帮助初学者熟悉数码管、按键、蜂鸣器的使用和控制方法。初学者可以借助这个产品熟悉单片机开发过程中所用的各种软件和产品开发的流程。

对这个电路进行PCB Layout，设计个外壳就成了一个不错的产品。还可以增加蓝牙模块或者WiFi模块，实现电子屏的控制和显示，再把功能完善一下，就可以用在舞台上了。

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