單片機原理與應用

本書是作者多年教學經驗和科研成果的結晶。全書內容以培養21世紀複合型、應用型人才為目標,為有利於更新教學內容和教學方法,反映當前單片機應用的新技術、新進展而編寫。根據高等教育對單片機原理與應用技術課程教學的基本要求,本書以51單片機為主要對象,系統地介紹了單片機的基本硬件結構和工作原理、指令系統與彙編語言程序設計、計數/定時器、串行接口和中斷系統等片內功能部件、基本接口應用技術、功能擴展、應用系統設計基礎、C語言程序設計和仿真設計技術。

本書注重將理論講授和實踐訓練相結合,強調應用性和實踐性,結合應用實例對單片機應用系統的彙編語言和C語言程序設計方法進行了討論;並特別介紹了方便實用的單片機仿真設計技術。

每章安排了較豐富的例題、思考題和練習題,便於學生的複習、鞏固和訓練提高。

本書前面部分主要介紹了微型計算機的基本知識,因此,也可作為微機原理課程的教材。

本書可作為電子類、機電類和計算機類各專業的本科學生和高職專科學生的教材,也可供相關工程技術人員參考。 ^[1] 

第1章 單片微型計算機概論 (1)

1.1 微型計算機與單片微型計算機 (1)

1.1.1 微型計算機的基本硬件結構 (1)

1.1.2 微型計算機的軟件 (2)

1.1.3 微型計算機的基本工作過程 (4)

1.1.4 微型計算機與單片機 (4)

1.2 單片微型計算機概述 (5)

1.2.1 單片機的應用領域 (5)

1.2.2 單片機的分類 (6)

1.2.3 單片機的發展趨勢 (7)

1.3 計算機中的數和編碼 (9)

1.3.1 常用的數制 (9)

1.3.2 常用數制的轉換 (10)

1.3.3 有符號數的表示 (12)

1.3.4 二-十進制數(BCD碼) (14)

1.3.5 ASCII碼 (15)

本章小結 (16)

思考與練習題 (17)

第2章 51單片機的基本結構和工作原理 (18)

2.1 51單片機的外形、內部結構及功能 (18)

2.1.1 51單片機的外形和引腳功能 (18)

2.1.2 51單片機內部的邏輯結構 (19)

2.2 51單片機的存儲器 (22)

2.2.1 計算機存儲器 (22)

2.2.2 存儲器的邏輯結構和操作 (24)

2.2.3 51單片機的程序存儲器ROM (25)

2.2.4 51單片機的數據存儲器 (26)

2.3 並行輸入輸出接口的結構和功能 (31)

2.3.1 P1口,準雙向通用I/O口 (31)

2.3.2 P3口,具備第二功能的準雙向通用I/O口 (33)

2.3.3 P0口,地址數據分時複用總線和通用I/O口 (33)

2.3.4 P2口,通用I/O口或高8位地址口 (34)

2.3.5 並行端口的負載能力 (35)

2.4 51單片機的最小系統 (35)

2.4.1 51單片機的時鐘電路 (35)

2.4.2 51單片機的復位 (38)

本章小結 (39)

思考與練習題 (41)

第3章 51單片機的指令系統 (43)

3.1 概述 (43)

3.1.1 彙編語言指令 (43)

3.1.2 51單片機彙編語言指令系統的特點 (44)

3.1.3 指令及其註釋中的符號的用法説明 (44)

3.2 51單片機的尋址方式 (45)

3.2.1 立即尋址 (45)

3.2.2 直接尋址 (45)

3.2.3 寄存器尋址 (45)

3.2.4 寄存器間接尋址 (46)

3.2.5 變址尋址 (46)

3.2.6 相對尋址 (47)

3.2.7 位尋址 (48)

3.2.8 尋址方式與尋址空間 (48)

3.3 數據傳送指令 (49)

3.3.1 普通傳送指令 (49)

3.3.2 特殊傳送指令 (50)

3.4 算術運算指令 (53)

3.4.1 普通四則運算指令 (54)

3.4.2 特殊運算指令 (56)

3.4.3 傳送指令和算術運算指令的綜合應用 (57)

3.5 邏輯運算和循環類指令 (58)

3.5.1 基本邏輯運算指令(18條) (58)

3.5.2 累加器的操作指令(6條) (59)

3.6 程序轉移類指令 (60)

3.6.1 程序流程圖 (60)

3.6.2 無條件轉移指令(4條) (63)

3.6.3 條件轉移指令(8條) (65)

3.7 子程序及其調用和返回指令 (67)

3.7.1 子程序的概念 (67)

3.7.2 調子指令和返回指令(5條) (68)

3.7.3 空操作指令 (70)

3.8 位操作指令 (70)

3.8.1 簡單的位操作指令(12條) (70)

3.8.2 位條件轉移指令(5條) (71)

本章小結 (73)

思考與練習題 (74)

第4章 51單片機的彙編語言程序設計基礎 (78)

4.1 程序設計語言與彙編 (78)

4.1.1 程序設計語言 (78)

4.1.2 彙編 (80)

4.1.3 51單片機的偽指令 (80)

4.2 源程序的組成形式與目標程序 (83)

4.2.1 51單片機的彙編語言格式 (83)

4.2.2 一個完整的彙編語言源程序及其目標程序示例 (83)

4.2.3 彙編環境中的程序結構 (84)

4.3 常用的程序 (85)

4.3.1 數制轉換程序 (86)

4.3.2 算術運算程序 (88)

4.3.3 軟件模擬硬件功能的程序 (91)

本章小結 (95)

思考與練習題 (96)

第5章 51單片機中斷系統、定時/計數器和串行接口 (99)

5.1 中斷系統 (99)

5.1.1 中斷系統的結構 (99)

5.1.2 中斷系統的結構及其工作原理 (100)

5.1.3 中斷的允許和優先級控制 (102)

5.2 中斷處理過程 (103)

5.2.1 中斷處理 (103)

5.2.2 中斷響應時間 (105)

5.2.3 中斷系統的應用 (105)

5.3 定時/計數器 (107)

5.3.1 定時/計數器的結構及其工作原理 (107)

5.3.2 定時/計數器的控制 (108)

5.3.3 定時/計數器的工作方式及其應用 (109)

5.3.4 綜合應用舉例 (115)

5.3.5 借用定時器溢出中斷擴展外部中斷源 (118)

4 單片機原理與應用

5.4 51單片機的串行接口 (119)

5.4.1 串行口通信概念 (119)

5.4.2 51單片機串行接口的結構與控制 (121)

5.4.3 串行接口的工作方式 (122)

5.4.4 串行接口的初始化 (124)

5.4.5 串行接口異步通信的應用 (125)

本章小結 (137)

思考與練習題 (138)

第6章 51單片機的基本接口應用技術 (140)

6.1 51單片機的並行接口 (141)

6.1.1 51單片機的三總線結構 (141)

6.1.2 I/O接口電路 (141)

6.1.3 存儲器的擴展及接口 (143)

6.2 開關量接口 (146)

6.2.1 開關量輸入接口 (147)

6.2.2 鍵盤接口 (149)

6.2.3 開關量輸出接口 (154)

6.3 顯示接口 (159)

6.3.1 LED顯示接口 (159)

6.3.2 LCD液晶顯示接口 (164)

6.4 模擬量接口 (171)

6.4.1 A/D轉換器及接口 (171)

6.4.2 D/A轉換器及接口 (177)

6.4.3 A/D和D/A的應用問題 (182)

本章小結 (184)

思考與練習題 (185)

第7章 51單片機的功能擴展 (187)

7.1 AT89系列單片機 (187)

7.1.1 AT89系列單片機的品種和類型 (187)

7.1.2 AT89S52單片機的定時/計數器2 (189)

7.1.3 AT89S52單片機的WDT (194)

7.1.4 AT89S52的節電運行方式 (195)

7.2 串行總線接口技術 (196)

7.2.1 I2C串行總線 (196)

7.2.2 SPI串行總線 (208)

7.3 SOC型單片機 (222)

7.3.1 C8051F系列單片機 (222)

7.3.2 ADuC841單片機 (228)

本章小結 (232)

思考與練習題 (234)

第8章 單片機應用系統的設計 (235)

8.1 單片機應用系統的設計原則與過程 (235)

8.1.1 單片機應用系統的設計原則 (235)

8.1.2 單片機應用系統的設計過程 (236)

8.2 單片機應用系統的抗干擾設計 (240)

8.2.1 硬件抗干擾設計 (240)

8.2.2 軟件抗干擾設計 (242)

8.3 DS18B20數字温度計的設計 (244)

8.3.1 功能要求 (244)

8.3.2 設計方案選擇 (244)

8.3.3 DS18B20的性能特點和內部結構 (245)

8.3.4 DS18B20的測温原理 (247)

8.3.5 DS18B20的各條ROM命令和接口程序設計 (248)

8.3.6 系統硬件電路的設計 (249)

8.3.7 系統軟件的設計 (250)

8.3.8 調試及性能分析 (252)

8.3.9 源程序清單 (253)

8.4 超聲波測距儀的設計 (263)

8.4.1 超聲波測距的工作原理 (263)

8.4.2 功能要求 (264)

8.4.3 設計方案選擇 (264)

8.4.4 系統硬件的設計 (264)

8.4.5 系統程序的設計 (266)

8.4.6 調試與分析 (267)

8.4.7 源程序清單 (268)

本章小結 (274)

思考與練習題 (274)

第9章 51單片機的C語言程序設計 (275)

9.1 單片機C語言與彙編語言 (275)

9.2 單片機C語言程序的編譯與開發調試 (276)

9.2.1 單片機C語言編譯器 (276)

9.2.2 單片機C語言程序開發流程 (276)

9.3 C51數據與運算 (277)

9.3.1 數據類型、常量與變量 (277)

6 單片機原理與應用

9.3.2 數據的存儲類型及存儲區 (279)

9.3.3 存儲器模式 (280)

9.3.4 8051結構的C51定義 (281)

9.3.5 運算符、表達式及其規則 (282)

9.4 單片機C語言程序的基本結構 (285)

9.4.1 主函數 (285)

9.4.2 函數 (285)

9.4.3 頭文件 (285)

9.5 C51流程控制語句 (286)

9.5.1 順序結構 (286)

9.5.2 分支結構 (286)

9.5.3 循環結構 (288)

9.6 C51函數 (289)

9.6.1 函數定義的一般形式 (289)

9.6.2 庫函數 (289)

9.6.3 中斷函數 (290)

9.7 單片機C語言編程實例 (290)

9.7.1 單片機內部資源的C語言編程 (290)

9.7.2 8051控制步進電機的C編程 (294)

9.7.3 D/A轉換接口及驅動程序 (295)

9.8 C51的使用技巧和規範 (296)

9.8.1 使用C51的技巧 (296)

9.8.2 C51使用規範 (299)

本章小結 (300)

思考與練習題 (301)

第10章 單片機仿真設計技術 (302)

10.1 ISIS編輯界面 (303)

10.1.1 編輯窗口的基本設置 (303)

10.1.2 編輯窗口的基本操作 (304)

10.1.3 ProteusISIS的系統設置 (304)

10.2 設計電路原理圖 (305)

10.2.1 建立設計文件 (305)

10.2.2 電路原理圖設計 (307)

10.2.3 電路測試和材料清單 (311)

10.3 ISIS的單片機系統仿真 (311)

10.3.1 ISIS的單片機仿真功能 (312)

10.3.2 單片機仿真的基本方法 (312)

10.4 Keil與Proteus的綜合應用 (321)

10.4.1 μVision2的基本使用方法 (321)

10.4.2 μVision2的調試工具和功能 (326)

10.4.3 Keil與Proteus的聯合仿真調試 (327)

本章小結 (329)

思考與練習題 (330)

附 錄 (332)

附錄A MCS-51單片機分類指令表 (332)

附錄B ASCII碼錶 (335)

參考文獻 (337) ^[2]