硬件开发1-51单片机2-按键、中断
一、GPIO（General Purpose Input/Output）
GPIO 是 51 单片机和外界交互最基本的方式。
工作模式：
- 输出模式：单片机给定引脚一个电平（高电平 (5V)、低电平 (0V)），通过控制引脚实现高低电平输出。
- 输入模式：检测引脚的电平变化。
GPIO 类比（水龙头）：
- 输出模式：控制水龙头的水流（主动控制）。
- 输入模式：观察水龙头是否有水流（被动检测，如按键）。
二、按键
按键 K1 的两个引脚分别接到 GND 和 P1_4 引脚。当 K1 按键被按下时，P1_4 引脚会与 GND 短路，呈现低电平。
判断按键是否被按下：检测对应引脚是否为低电平。
P1_4 引脚是否为低电平的判断：P1 & 0001 0000 == 0
三、中断
1. 中断概念
CPU 在执行一个任务时，被外界更紧急的事件打断，转而去执行该紧急任务，完成后再返回原任务继续执行的过程。
2. 中断源
打断 CPU 执行当前任务的事件 / 源头（51 单片机有 5 个中断源）。
3. 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。
4. 外部中断
由单片机引脚电平变化引发的中断（对应引脚：INT0（P3-2）、INT1（P3-3））。
5. 中断优先级
CPU 处理中断时，会比较多个中断的优先级，优先处理优先级高的中断。
6. 中断嵌套
处理一个中断时，可嵌套处理另一个中断；51 单片机最多允许嵌套 2 层。
7. 中断处理流程
- 中断源发出中断请求。
- 检查 CPU 是否响应中断及该中断源是否被屏蔽。
- 比较中断优先级。
- 保护现场。
- 执行中断服务函数（回调函数）。
- 恢复现场。
8、单片机中断源分类及对应引脚 / 功能：
| 中断源 | 对应引脚 / 模块 | 触发方式 / 功能 |
|---|---|---|
| 外部中断 0 | P3.2（INT0） | 电平触发（低电平）或边沿触发（下降沿） |
| 外部中断 1 | P3.3（INT1） | 电平触发（低电平）或边沿触发（下降沿） |
| 定时器 0 中断 | 内部定时器 0 | 定时器计数溢出时触发 |
| 定时器 1 中断 | 内部定时器 1 | 定时器计数溢出时触发 |
| 串口中断 | 内部串口模块 | 串口接收 / 发送数 |
四、中断相关寄存器配置
1. IE 寄存器（中断允许寄存器）
将 IE 寄存器的 bit7（EA）置 1：CPU 允许响应所有中断。
将 IE 寄存器的 bit0（EX0）置 1：允许外部中断 0 产生中断。
2. TCON 寄存器（定时器寄存器）
将 TCON 寄存器的 bit1（IE0）置 1：向 CPU 发起中断请求，CPU 响应后由硬件清 “0”。
将 TCON 寄存器的 bit0（IT0）置 1：外部中断 0 由下降沿触发。
五、定时器
定时器用于产生精准定时，满足不同外设对时序的高要求（高 / 低电平时间精准）。
51 单片机内部有 2 个定时器：timer0、timer1，均为自增型 16 位计数器。
时钟与时间关系：
晶振频率：12MHZ / 11.0592MHZ（51 单片机需 12 分频，12MHZ/12=1MHZ）。
51 单片机一条指令运算时间：1/1MHZ = 1us。
通过定时器 0 实现 1ms 定时：1ms=1000us，定时器初值为 64535。
六、定时器相关寄存器配置
8 位自动重装载定时器：分为 TL0 和 TH0 两部分（各 1byte），仅 TL0 参与计数；TL0 加到 255 溢出后，TH0 的值会重新装入 TL0。
1. TCON 寄存器
- bit4 置 1，且 TMOD 寄存器的 Gate 位清 0：允许定时器开始计数。
2. TMOD 寄存器
- 定时器 0 的低四位清 0。
- 将 TMOD 寄存器的 M0（bit0）置 1：定时器 0 工作在 16 位定时器 / 计数器模式。
3. IE 寄存器
- bit7 置 1：CPU 允许响应所有中断。
- bit1 置 1：允许定时器 0 产生中断。
配置流程
- 配置 TMOD 模式选择寄存器：低四位清 0，bit0 置 1（16 位定时器模式）。
- 向 TH0 和 TL0 装入初值（1ms 定时对应 64535）。
- TCON 寄存器 bit6 置 1：允许定时器开始计数。
- IE 寄存器 bit7 和 bit1 置 1：开启中断总开关和定时器 0 子开关。
- 编写定时器 0 的中断服务函数。
七、PWM 与蜂鸣器
PWM（脉冲宽度调制）
让引脚产生方波，使引脚电平周期性翻转。
- PWM 周期：一个方波的周期（从上升沿到下一个上升沿 / 从下降沿到下一个下降沿的时间）。
- PWM 占空比：一个周期内高电平所占的比例。
蜂鸣器
通过震荡源产生声音，音调由频率决定（高频→高音，低频→低音），音量由振幅决定（能量）。
- 有源蜂鸣器：自带震荡源，通电后发出固定频率声音。
- 无源蜂鸣器：无震荡源，需外部提供震荡信号才发声。