單片機原理及應用

本書針對目前通用的MCS-51系列單片機，在彙編語言的基礎上，增加了目前流行的C51程序設計語言，介紹了單片機的基本原理和應用，包括單片機的硬件原理和結構、彙編語言指令系統及其編程、C51程序設計、單片機內部資源及編程（包括中斷、定時器/計數器、串行口）、單片機的功能擴展（包括鍵盤、顯示器、D/A及A/D轉換器）、單片機系統的擴展（包括存儲器的擴展、I/O的擴展及串行口的擴展）、Keil C集成調試軟件及Proteus仿真軟件的使用介紹等。本書的特點是用匯編語言和C語言穿插進行講述，實例較多，且很多例子分別用匯編語言和C語言對照給出了程序，也給出了教材中重點例題的程序調試和仿真的視頻。使讀者可以同時學習彙編語言和C語言，原先熟悉彙編語言的讀者也能更快地學好單片機C51程序設計。

目 錄

第1章 單片機概述 1

1.1 單片機的基本概念 1

1.1.1　什麼是單片機 1

1.1.2　微控制器（MCU） 2

1.1.3　如何使用單片機 2

1.2 單片機的發展概況 3

1.2.1　單片機的發展歷史 3

1.2.2　MCS-51系列單片機的發展 4

1.2.3　現階段主流單片機系列簡介 5

1.3 單片機的應用特點與應用領域 6

1.3.1　單片機的應用特點 6

1.3.2　單片機的應用領域 6

1.4 單片機的發展趨勢 7

1.5　如何學好MCS-51系列單片機 9

1.5.1　為什麼要學51單片機 9

1.5.2　怎麼學51單片機 9

習題 9

第2章 MCS-51單片機的結構和原理 10

2.1 MCS-51單片機的基本組成 10

2.1.1 MCS-51單片機的基本結構 10

2.1.2 MCS-51單片機的封裝與信號

引腳 13

2.2 MCS-51單片機的並行I/O端口

結構 15

2.3 MCS-51系列單片機的存儲器

結構 18

2.3.1 程序存儲器 18

2.3.2 數據存儲器 19

2.4 單片機的時鐘電路與時序 25

2.4.1 時鐘電路 25

2.4.2 時序 26

2.5 MCS-51單片機的工作方式 28

2.5.1 復位 28

2.5.2 程序執行方式 30

2.5.3 單步執行方式 31

2.5.4 低功耗方式 31

2.5.5 EPROM編程和校驗方式 33

習題 33

第3章 Keil與Proteus軟件的使用 35

3.1 Keil C51軟件的介紹及應用示例 35

3.1.1 Keil C51軟件的安裝及環境

介紹 35

3.1.2 建立Keil C51工程 36

3.1.3 程序輸入 39

3.1.4 編譯程序 40

3.1.5 程序調試 42

3.2 Proteus介紹及使用示例 49

3.2.1 Proteus 8原理圖編輯環境介紹 49

3.2.2 Proteus 8原理圖設計方法及

示例 51

3.2.3　Proteus 8程序仿真示例 58

習題 64

第4章 MCS-51單片機彙編語言指令系統

及其編程 65

4.1 指令格式及其符號説明 65

4.1.1 指令格式 65

4.1.2 常用符號説明 66

4.1.3 指令的字節 66

4.2 尋址方式 68

4.2.1 立即尋址 68

4.2.2 直接尋址 68

4.2.3 寄存器尋址 69

4.2.4 寄存器間接尋址 69

4.2.5 變址尋址 70

4.2.6 相對尋址 70

4.2.7 位尋址 71

4.3 MCS-51系列單片機指令系統 71

4.3.1 數據傳送類指令 71

4.3.2 算術運算類指令 75

4.3.3 邏輯運算及移位類指令 79

4.3.4 控制轉移類指令 82

4.3.5 位操作類指令 87

4.4 MCS-51單片機彙編語言程序

設計 89

4.4.1 彙編語言的偽指令 89

4.4.2 彙編語言程序設計 92

習題 111

第5章　單片機C51程序設計基礎 114

5.1　C51數據與運算 114

5.1.1　C51的數據類型 114

5.1.2　C51數據的存儲類型 115

5.1.3 8051特殊功能寄存器的C51

定義 116

5.1.4 8051並行接口及位變量的C51

定義 117

5.2 C51運算符、表達式及其規則 118

5.2.1 （複合）賦值運算符 118

5.2.2 算術運算符 119

5.2.3 自增和自減運算符 120

5.2.4 關係運算符 121

5.2.5 邏輯運算符 121

5.2.6 位運算符 121

5.2.7 條件運算符 123

5.2.8 指針和地址運算符 123

5.2.9 優先級和結合性 123

5.3 C51流程控制語句 124

5.3.1 C51程序的基本結構及

流程圖 124

5.3.2 選擇語句 126

5.3.3 循環語句 128

5.4 C51構造數據類型 131

5.4.1 數組 131

5.4.2 指針 133

5.4.3 結構體 135

5.4.4 共用體 138

5.4.5 枚舉 140

5.5 函數 141

5.5.1 函數的定義 142

5.5.2 函數的調用 143

5.5.3　函數的嵌套調用與遞歸調用 144

5.5.4 中斷服務函數 145

5.5.5 指向函數的指針變量 146

5.5.6 局部變量和全局變量 147

5.6 C51的庫函數 149

5.6.1 輸入/輸出流函數庫STDIO.H 150

5.6.2 字符串函數庫STRING.H 150

5.6.3 標準函數庫STDLIB.H及其他

頭文件 151

5.7 C51模塊化程序設計 152

5.7.1 基本概念 152

5.7.2 模塊化程序開發過程 153

習題 153

第6章 單片機內部資源及編程 155

6.1 中斷系統 155

6.1.1 中斷概述 155

6.1.2 中斷源 156

6.1.3 中斷控制 157

6.1.4 中斷響應過程 160

6.1.5 中斷請求的撤除 162

6.1.6 中斷程序設計 162

6.1.7 外部中斷源的擴展 165

6.2 定時器/計數器 167

6.2.1 定時器/計數器的結構及工作

原理 168

6.2.2 定時器/計數器的控制 169

6.2.3 定時器/計數器的工作方式 170

6.2.4 定時器/計數器的初始化 173

6.2.5 定時器/計數器應用舉例 174

6.3 串行通信口 182

6.3.1 數據通信概述 182

6.3.2 單片機的串行通信接口 188

6.3.3 串行通信的工作方式及波特率

設置 190

6.3.4 串行口應用舉例 193

習題 203

第7章 單片機的功能擴展 205

7.1 顯示器及其接口 205

7.1.1 LED顯示器 205

7.1.2 液晶顯示器 209

7.2 鍵盤的輸入及接口 211

7.2.1 鍵盤概要 211

7.2.2 鍵盤程序設計 212

7.3 D/A轉換器的接口與應用 218

7.3.1 DAC的轉換原理及分類 218

7.3.2 並行接口DAC 220

7.3.3 串行接口DAC 225

7.4 A/D轉換器的接口與應用 227

7.4.1 ADC的轉換原理及分類 227

7.4.2 並行接口ADC 228

7.4.3 串行接口ADC 231

習題 234

第8章 單片機系統的擴展 235

8.1 MCS-51單片機小應用系統 235

8.1.1 MCS-51單片機小應用系統的

構成 235

8.1.2 系統擴展的內容與方法 236

8.2 存儲器的擴展 237

8.2.1 程序存儲器的擴展 237

8.2.2 數據存儲器的擴展 238

8.2.3 存儲器綜合擴展 239

8.2.4 閃速存儲器及其擴展 240

8.3 輸入與輸出口的擴展 241

8.3.1 簡單的並行I/O接口擴展 242

8.3.2 用8255擴展並行I/O接口 243

8.4 串行口的擴展 248

8.4.1 I2C總線及其接口芯片 248

8.4.2 SPI及其芯片 250

8.4.3 單總線及其接口芯片 252

8.4.4 Microwire串行總線及其接口

芯片 256

習題 258

第9章 單片機應用系統的開發與設計 259

9.1 單片機應用系統的設計 259

9.1.1 總體設計 259

9.1.2 硬件設計 259

9.1.3 軟件設計 259

9.1.4 下載調試 260

9.2 單片機應用系統舉例 260

9.2.1 步進電動機的驅動 260

9.2.2 超聲波測距 263

9.2.3 LED點陣屏顯示系統 268

習題 274

參考文獻 275

高惠芳，女，杭州電子科技大學副教授。長期從事高等學校工科電子、通信等專業的專業基礎課程和專業課程的教學工作，以及相關領域科研工作。出版多部著作。