硬件：51单片机的按键、中断、定时器、PWM及蜂鸣器
一、GPIO（通用输入输出口）
基本概念
GPIO（General Purpose Input/Output）是 51 单片机与外部设备交互的最基础接口，通过引脚的电平变化实现数据的输入和输出。
工作模式
- 输出模式：单片机通过引脚输出高电平（5V）或低电平（0V），实现对外部设备的控制。
- 输入模式：单片机通过检测引脚的电平状态，获取外部设备的信息。
形象比喻
可以将 GPIO 比作 "水龙头"：
- 输出模式如同控制水龙头开关，决定水流（电平信号）的通断
- 输入模式如同观察水龙头是否有水流，检测外部是否有信号输入
二、按键
按键的原理
以按键 K1 为例，其两个引脚分别连接到 GND 和 P1_4 引脚。当按键被按下时，P1_4 引脚与 GND 短路，呈现低电平；未按下时，P1_4 引脚呈现高电平。
按键检测方法
判断按键是否被按下，只需检测对应引脚是否为低电平。对于 P1_4 引脚，判断逻辑为：
P1 & 00010000 == 0
即当 P1 端口与 0x10（二进制 00010000）进行与运算结果为 0 时，说明 P1_4 为低电平，按键被按下。
典型应用场景
在实时性要求高的车载中控系统中，按键可用于：
- 油温、水温等参数的查看切换
- 发动机转速显示控制
- 仪表盘数据刷新
- 安全座椅状态确认
- 刹车信号检测
三、中断
中断基本概念
- 中断：CPU 在执行当前任务时，被更紧急的事件打断，转而去执行紧急任务，完成后再返回原任务继续执行的过程。
- 中断源：引发中断的事件或源头，51 单片机有 5 个中断源。
- 中断优先级：多个中断同时发生时，CPU 优先处理优先级高的中断。
- 中断嵌套：处理一个中断时，可被更高优先级的中断打断，51 单片机最多支持 2 层嵌套。
中断源分类
| 中断源类型 | 对应引脚 / 模块 | 说明 |
|---|---|---|
| 外部中断 0 | INT0（P3_2） | 由 P3_2 引脚电平变化触发 |
| 外部中断 1 | INT1（P3_3） | 由 P3_3 引脚电平变化触发 |
| 定时器 0 | 定时器 0 模块 | 由定时器 0 溢出触发 |
| 定时器 1 | 定时器 1 模块 | 由定时器 1 溢出触发 |
| 串口 | 串口模块 | 由串口收发完成触发 |
中断处理流程
- 中断源发出中断请求
- 检查 CPU 是否允许响应中断及该中断源是否被屏蔽
- 比较中断优先级，选择最高优先级中断
- 保护现场（保存当前执行状态）
- 执行中断服务函数（回调函数）
- 恢复现场，返回原任务继续执行
中断寄存器配置
IE 寄存器（中断允许寄存器）
- EA（bit7）= 1：CPU 允许响应所有中断（总开关）
- EX0（bit0）= 1：允许外部中断 0 产生中断
TCON 寄存器（定时器控制寄存器）
- IE0（bit1）= 1：外部中断 0 向 CPU 发起中断请求（CPU 响应后自动清 0）
- IT0（bit0）= 1：外部中断 0 采用下降沿触发
四、定时器
定时器基本概念
定时器是产生精准定时的模块，51 单片机内部有两个定时器（timer0、timer1），均为 16 位自增型计数器。
时钟与定时关系
- 51 单片机通常使用 12MHz 或 11.0592MHz 晶振
- 经过 12 分频后，实际工作频率为 1MHz（12MHz/12）
- 完成一条指令的时间为 1μs（1/1MHz）
定时器 0 实现 1ms 定时
1ms = 1000μs，需要计数 1000 次
定时器初值 = 65535 - 1000 = 64535（0xFC67）
定时器寄存器配置
TMOD 寄存器（模式选择寄存器）
- 低四位清 0
- M0（bit0）= 1：定时器 0 工作在 16 位模式
TCON 寄存器
- TR0（bit4）= 1：允许定时器 0 开始计数
IE 寄存器
- EA（bit7）= 1：开启总中断
- ET0（bit1）= 1：允许定时器 0 产生中断
配置流程
- 配置 TMOD 寄存器，设置为 16 位定时器模式
- 向 TH0 和 TL0 装入初值 64535（0xFC67）
- 置位 TR0，启动定时器计数
- 开启总中断和定时器 0 中断
- 编写定时器 0 中断服务函数
五、PWM 与蜂鸣器
PWM（脉冲宽度调制）
- PWM 周期：一个方波的完整周期（从上升沿到下一个上升沿的时间）
- PWM 占空比：一个周期内高电平所占的比例
- 作用：通过产生周期性的电平翻转，实现对外部设备的精确控制
蜂鸣器
有源蜂鸣器：内置震荡源，通电后发出固定频率的声音
无源蜂鸣器：无内置震荡源，需要外部提供震荡信号才能发声
声音特性：
- 音调：由频率决定（高频为高音，低频为低音）
- 音量：由振幅决定（振幅越大，音量越大）