嵌入式 - 硬件：51单片机（2）

本节重点：

GPIO输入模式、输出模式

按键工作原理（GPIO输入）

中断概念

中断源概念、中断源个数、哪几个中断源

外部中断、定时器中断概念

中断处理流程：

51单片机中定时器的个数？类型

16位定时器和8位自动重装载定时器的区别

PWM的概念、PWM周期、PWM占空比

10、有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的区别

11、51单片机蜂鸣器实现原理

一、GPIO

GPIO（General Purpose Input/Output，通用输入输出口）是单片机与外部设备通信的最基本接口，相当于单片机的 "手"（输出控制）和 "眼"（输入检测）。

1. GPIO 的两种工作模式

输出模式 ：单片机主动给引脚赋值 "高电平（5V）" 或 "低电平（0V）"，从而控制外部设备。比如给 LED 引脚送高电平，LED 点亮；送低电平，LED 熄灭。
可以用 "水龙头" 比喻：输出模式就像 "控制水龙头开关"------ 单片机决定水流（电平）的通断。
输入模式 ：单片机被动检测引脚的电平变化，获取外部设备的状态。比如检测按键是否按下、传感器是否触发。
对应 "水龙头" 的比喻：输入模式就像 "观察水龙头是否有水流出"------ 单片机只负责判断状态，不主动控制。

二、按键：GPIO 输入模式的典型应用

按键是单片机系统中最常见的 "人机交互部件"，其工作原理本质是通过 GPIO 输入模式检测引脚电平。

1. 按键的硬件连接（以 K1 为例）

按键 K1 的两个引脚分别接 GND（地）和单片机的 P1_4 引脚：

当 K1 未按下时，P1_4 引脚不受 GND 影响，默认是高电平；
当 K1 按下时，P1_4 引脚与 GND 短路，引脚电平变为低电平。

2. 按键状态的判断逻辑

要判断 K1 是否按下，只需检测 P1_4 引脚是否为低电平。在代码中可通过 "位运算" 实现：
if((P1 & 0x10) == 0)

（注：0x10 是十六进制，对应二进制0001 0000，与 P1 做 "与运算" 后，只有 P1_4 引脚的电平会保留 ------ 结果为 0 时，说明 P1_4 是低电平，即按键按下）

3. 实际应用场景

比如车载中控系统中，刹车检测、安全座椅状态判断等，都可以通过类似的 "按键逻辑" 实现 ------ 用 GPIO 输入模式实时检测对应引脚的电平，确保数据的实时性。

练习：

实现按下按键（1--4），显示灯（1--4），第一个数码管显示数字（1--4），未按下显示"0"
main.c

digiter.c

LED.C

delay.c

三、中断：单片机的 "紧急响应机制"

单片机在执行常规任务时，若遇到更紧急的事件（如按键触发、定时器溢出），需要暂停当前任务，优先处理紧急事件，处理完后再回到原任务继续执行 ------ 这个过程就是 "中断"。

1. 中断的核心概念

中断源 ：触发中断的 "事件 / 源头"。51 单片机有5 个中断源，分别是：外部中断 0（INT0，对应 P3_2 引脚）、外部中断 1（INT1，对应 P3_3 引脚）、定时器 0 中断、定时器 1 中断、串口中断。

1.中断源分类 ：外部中断0、外部中断1、定时器0、定时器1、串口
**2.外部中断：**单片机上的引脚电平变化所引发的中断（INTO（P3-2）、INT1(P3-3)）

中断优先级：多个中断同时触发时，CPU 会优先处理 "优先级高" 的中断（51 单片机可通过寄存器配置优先级）。
中断嵌套：处理低优先级中断时，若有高优先级中断触发，会暂停当前中断，先处理高优先级中断 ------51 单片机最多支持 2 层嵌套。

7. 中断处理流程（6 步）

中断源发出 "中断请求"（如外部中断 0 引脚电平变化）；
CPU 检查：是否开启 "总中断允许"，该中断源是否被 "屏蔽"（未屏蔽才继续）；

3.比较中断优先级：若当前无更高优先级中断，暂停当前任务；

4.保护现场：保存当前任务的寄存器数据（避免处理中断后数据丢失）；

5.执行 "中断服务函数"（即中断触发后要执行的代码，如按键按下后的 LED 翻转）； (回调函数)

6.恢复现场：恢复之前保存的寄存器数据，回到原任务继续执行。

3. 中断相关寄存器配置（关键！）

要让中断生效，必须配置对应的寄存器，以 "外部中断 0" 为例：

p3.2 要置1 产生下降沿

IE 寄存器（中断允许寄存器） ：
- 先将 IE 的 bit7（EA，总中断允许位）置 1------ 开启 "总中断开关"（不开启的话，所有中断都无效）；
- 再将 IE 的 bit0（EX0，外部中断 0 允许位）置 1------ 允许外部中断 0 触发。

TCON 寄存器（定时器 / 计数器控制寄存器）：

TCON 的 bit1（IE0，外部中断 0 请求标志位）：中断触发时会自动置 1，CPU 响应后会 "硬件清 0"（无需手动处理）。 不用置位---- 自动置位

将 TCON 的 bit0（IT0，外部中断 0 触发方式位）置 1------ 设置为 "下降沿触发"（即引脚电平从高变低时触发中断）；

优先级

中断向量表

四、定时器：单片机的 "精准时钟"

很多场景需要 "精准定时"（如 1ms 刷新一次 LED、1s 读取一次传感器数据），此时就需要用到单片机的 "定时器"------ 它能根据时钟信号，产生精确的时间间隔。

1. 定时器的基础原理

51 单片机定时器资源：内置 2 个 16 位自增型定时器 / 计数器（Timer0、Timer1），可工作在 "定时器模式"（用于定时）或 "计数器模式"（用于计数外部脉冲）。
时钟与分频 ：单片机的时钟由 "晶振" 提供，常见晶振频率为 12MHz 或 11.0592MHz。但 51 单片机会对晶振频率做 "12 分频"------ 比如 12MHz 晶振，分频后实际时钟频率为12MHz/12 = 1MHz，对应 "1 个时钟周期 = 1μs"（即单片机执行一条基本指令需要 1μs）。