單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)

前言

　　單片機(jī)出現(xiàn)至今已經(jīng)有30多年的歷史，單片機(jī)技術(shù)也歷經(jīng)了幾個(gè)發(fā)展階段。目前，單片機(jī)已滲透到生活中的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的足跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)的各種控制儀表，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸模塊，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理設(shè)備，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)，攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)，以及程控玩具、電子寵物等，甚至全自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械，都離不開(kāi)單片機(jī)。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的工程師和科學(xué)家?？萍荚桨l(fā)達(dá)，智能化的東西就越多，對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)的需求也日益增加。　　目前，單片機(jī)方面的教材大都采用匯編語(yǔ)言的講解和設(shè)計(jì)程序?qū)嵗?，但匯編語(yǔ)言學(xué)習(xí)困難。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)調(diào)試中，特別是開(kāi)發(fā)比較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，為了提高開(kāi)發(fā)效率和使程序便于移植，很多時(shí)候采用C語(yǔ)言。C語(yǔ)言不僅學(xué)習(xí)方便，而且同匯編語(yǔ)言一樣能夠?qū)纹瑱C(jī)資源進(jìn)行訪問(wèn)，因此目前大多數(shù)院校在開(kāi)設(shè)單片機(jī)課程時(shí)都引入C語(yǔ)言。但引人C語(yǔ)言后，就發(fā)現(xiàn)在選擇教材時(shí)存在兩方面的問(wèn)題：有的教材注重于單片機(jī)的原理，只使用匯編語(yǔ)言；而另一些教材注重于C語(yǔ)言，一般面向開(kāi)發(fā)，不講原理，屬于高級(jí)教程，不適合初學(xué)者。能兼顧匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的教材非常少，而在實(shí)際使用中需要一本在學(xué)習(xí)單片機(jī)基本原理的同時(shí)能兼顧匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言?xún)蓚€(gè)方面的教材。在整個(gè)大學(xué)階段，大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)的課程中，只有單片機(jī)這門(mén)課能接觸到匯編語(yǔ)言，所以該門(mén)課旨在使學(xué)生在匯編語(yǔ)言概念的基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)單片機(jī)的編程。本書(shū)編寫(xiě)的目的是在講述單片機(jī)基本原理的同時(shí)能兼顧匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言?xún)蓚€(gè)方面。所以本書(shū)在大多數(shù)的實(shí)例中，相同的功能用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言分別編程實(shí)現(xiàn)，通過(guò)用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言?xún)蓚€(gè)方面的編程對(duì)比，使學(xué)生能夠有選擇地掌握一種語(yǔ)言，并認(rèn)識(shí)另一種語(yǔ)言。同時(shí)，為了提高學(xué)生應(yīng)用設(shè)計(jì)的能力，本書(shū)還介紹了目前單片機(jī)接口常用的接口芯片，列舉了幾個(gè)簡(jiǎn)單的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例。

內(nèi)容概要

　　《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》針對(duì)目前最通用的MCS-51單片機(jī)，在匯編語(yǔ)言的基礎(chǔ)上，增加了目前最流行的C51程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，內(nèi)容主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)芯片的硬件原理和結(jié)構(gòu)、匯編語(yǔ)言指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)、C51的程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)內(nèi)部資源(包括中斷、定時(shí)／計(jì)數(shù)器、串行口)、單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展(包括存儲(chǔ)器擴(kuò)展、I／O擴(kuò)展)及功能擴(kuò)展(包括鍵盤(pán)、顯示器、A／D及D／A轉(zhuǎn)換)、KeilC集成調(diào)試軟件及Proteus仿真軟件的使用介紹等。　　《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》的特點(diǎn)是通過(guò)匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言穿插進(jìn)行講述，實(shí)例較多，且很多例子都給出了匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的對(duì)照程序，使讀者能同時(shí)學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言，并使熟悉匯編語(yǔ)言的讀者能更快地學(xué)好單片機(jī)C51程序設(shè)計(jì)?！　　秵纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》可作為高等院校電類(lèi)、機(jī)械類(lèi)等專(zhuān)業(yè)本科生的教材，也可作為函授教材或培訓(xùn)班教材。另外，《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》可供從事單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品研發(fā)的工程技術(shù)人員及單片機(jī)愛(ài)好者參考。

書(shū)籍目錄

前言第1章 單片機(jī)概述1.1 單片機(jī)的基本概念1.1.1 什么是單片機(jī)1.1.2 微控制器MCU1.1.3 如何使用單片機(jī)1.2 單片機(jī)的發(fā)展概況1.2.1 單片機(jī)的發(fā)展歷史1.2.2 MCS-51單片機(jī)的發(fā)展1.2.3 現(xiàn)階段主流單片機(jī)系列簡(jiǎn)介1.3 單片機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域1.3.1 單片機(jī)應(yīng)用特點(diǎn)1.3.2 單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域1.4 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)習(xí)題第2章 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理2.1 MCS-51單片機(jī)的基本組成2.1.1 MCS-51單片機(jī)的基本組成2.1.2 MCS-51單片機(jī)的封裝與信號(hào)引腳2.2 MCS-51單片機(jī)的并行I／O端口結(jié)構(gòu)2.3 MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)2.3.1 程序存儲(chǔ)器2.3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2.4 MCS-51單片機(jī)的時(shí)鐘電路與時(shí)序2.4.1 時(shí)鐘電路2.4.2 時(shí)序2.5 MCS-51單片機(jī)的工作方式2.5.1 復(fù)位方式2.5.2 程序執(zhí)行方式2.5.3 單步執(zhí)行方式2.5.4 低功耗方式2.5.5 EPROM的編程和校驗(yàn)工作方式習(xí)題第3章 MCS-51單片機(jī)的匯編語(yǔ)言指令系統(tǒng)3.1 指令格式及其符號(hào)說(shuō)明3.1.1 指令格式3.1.2 常用符號(hào)說(shuō)明3.1.3 指令的字節(jié)3.2 尋址方式3.2.1 立即尋址3.2.2 直接尋址3.2.3 寄存器尋址3.2.4 寄存器間接尋址3.2.5 變址尋址3.2.6 相對(duì)尋址3.2.7 位尋址3.3 MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)3.3.1 數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令3.3.2 算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令3.3.3 邏輯運(yùn)算及移位類(lèi)指令3.3.4 控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令3.3.5 位操作類(lèi)指令習(xí)題第4章 MCS-51單片機(jī)匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)4.1 匯編語(yǔ)言的概述4.1.1 匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)4.1.2 匯編語(yǔ)言的偽指令4.2 匯編語(yǔ)言源程序的編輯和匯編4.2.1 手工編程和匯編4.2.2 機(jī)器編輯和交叉匯編4.3 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)4.3.1 簡(jiǎn)單程序設(shè)計(jì)4.3.2 分支程序設(shè)計(jì)4.3.3 循環(huán)程序設(shè)計(jì)4.3.4 數(shù)制轉(zhuǎn)換程序4.3.5 查表程序設(shè)計(jì)習(xí)題第5章 單片機(jī)C51程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)5.1 C51數(shù)據(jù)與運(yùn)算5.1.1 C51的數(shù)據(jù)類(lèi)型5.1.2 C51數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)類(lèi)型5.1.3 8051特殊功能寄存器的C51定義5.1.4 8051并行接口及位變量的C51定義5.2 C51運(yùn)算符、表達(dá)式及其規(guī)則5.2.1 (復(fù)合)賦值運(yùn)算符5.2.2 算術(shù)運(yùn)算符5.2.3 自增和自減運(yùn)算符5.2.4 關(guān)系運(yùn)算符5.2.5 邏輯運(yùn)算符5.2.6 位運(yùn)算符5.2.7 條件運(yùn)算符5.2.8 指針和地址運(yùn)算符5.2.9 優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性5.3 C51流程控制語(yǔ)句5.3.1 C51程序的基本結(jié)構(gòu)及其流程圖5.3.2 選擇語(yǔ)句5.3.3 循環(huán)語(yǔ)句5.4 C51構(gòu)造數(shù)據(jù)類(lèi)型5.4.1 數(shù)組5.4.2 指針5.4.3 結(jié)構(gòu)體5.4.4 共用體5.4.5 枚舉5.5 函數(shù)5.5.1 函數(shù)的定義5.5.2 函數(shù)的調(diào)用5.5.3 函數(shù)的嵌套調(diào)用與遞歸調(diào)用5.5.4 中斷服務(wù)函數(shù)5.5.5 指向函數(shù)的指針變量5.5.6 局部變量和全局變量5.6 C51的庫(kù)函數(shù)5.6.1 一般I／O函數(shù)，stdio.h5.6.2 字符函數(shù)庫(kù)string.h5.6.3 標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)stdlib.h及其他頭文件5.7 C51模塊化程序設(shè)計(jì)5.7.1 基本概念5.7.2 模塊化程序開(kāi)發(fā)過(guò)程習(xí)題第6章 單片機(jī)內(nèi)部資源及編程6.1 中斷系統(tǒng)6.1.1 中斷概述6.1.2 中斷源6.1.3 中斷控制6.1.4 中斷響應(yīng)過(guò)程6.1.5 中斷請(qǐng)求的撤除6.1.6 中斷程序設(shè)計(jì)6.1.7 外部中斷源的擴(kuò)展6.2 定時(shí)／計(jì)數(shù)器6.2.1 定時(shí)／計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理6.2.2 定時(shí)／計(jì)數(shù)器的控制6.2.3 定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作方式6.2.4 定時(shí)／計(jì)數(shù)器的初始化6.2.5 定時(shí)／計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例6.3 串行通信口6.3.1 數(shù)據(jù)通信概述6.3.2 單片機(jī)的串行通信接口6.3.3 串行通信的工作方式及波特率設(shè)置6.3.4 串行口應(yīng)用舉例習(xí)題第7章 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展7.1 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)7.1.1 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成7.1.2 系統(tǒng)擴(kuò)展的內(nèi)容與方法7.2 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展7.2.1 程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展7.2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展7.2.3 存儲(chǔ)器綜合擴(kuò)展7.2.4 閃速存儲(chǔ)器及其擴(kuò)展7.3 輸入與輸出口的擴(kuò)展7.3.1 簡(jiǎn)單的并行I／O接口擴(kuò)展7.3.2 用8255擴(kuò)展并行I／O接口7.4 串行口擴(kuò)展7.4.1 FC總線及其接口芯片7.4.2 SPI接口及其接口芯片7.4.3 單總線接口及其接口芯片7.4.4 Microwire串行總線及其接口芯片習(xí)題第8章 單片機(jī)功能擴(kuò)展8.1 鍵盤(pán)輸入及接口8.2 顯示器及其接口8.3 D／A轉(zhuǎn)換器的接口與應(yīng)用8.4 A／D轉(zhuǎn)換器的接口與應(yīng)用習(xí)題第9章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)9.1 單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)9.2 51實(shí)驗(yàn)板9.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)9.4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例習(xí)題第10章 Keil C51軟件使用介紹10.1 Keil C51軟件安裝10.2 霽ision3集成開(kāi)發(fā)環(huán)境10.3 建立工程項(xiàng)目10.4 程序舉例10.5 編譯程序10.6 程序調(diào)試習(xí)題第11章 可視化仿真開(kāi)發(fā)工具Proteus介紹11.1 Proteus ISIS編輯環(huán)境介紹11.2 進(jìn)入Proteus ISIS編輯環(huán)境11.3 單片機(jī)仿真11.4 Proteus與Keil整合構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室附錄 MCS-51單片機(jī)指令匯總附表1 數(shù)據(jù)傳送類(lèi)指令附表2 算術(shù)運(yùn)算類(lèi)指令附表3 邏輯運(yùn)算及移位類(lèi)指令附表4 控制轉(zhuǎn)移類(lèi)指令附表5 位操作類(lèi)指令參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　如前所述，單片機(jī)是一個(gè)單片化微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使用單片機(jī)完成一個(gè)具體應(yīng)用需要對(duì)其編程，一般來(lái)說(shuō)，flash結(jié)構(gòu)的單片機(jī)在出廠的時(shí)候單片機(jī)內(nèi)ROM（即flash）是空白的，可以認(rèn)為它的功能未被定義，需要輸入針對(duì)應(yīng)用的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的應(yīng)用功能?！　楫a(chǎn)生上述代碼一般流程是需要在單片機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境當(dāng)中編寫(xiě)針對(duì)程序，經(jīng)編譯獲得所需執(zhí)行代碼。這里的單片機(jī)開(kāi)發(fā)環(huán)境是指一種在計(jì)算機(jī)上的軟件，通常它具有編輯程序、交叉編譯、生成執(zhí)行代碼文件的功能。不同的單片機(jī)具有不同的開(kāi)發(fā)環(huán)境，例如：圖1.4所示的單片機(jī)屬于MCSr-51系列，可以使用Keil Vision 2這個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，而AVR系列單片機(jī)卻可以使用AVR Sttidio，除此之外，開(kāi)發(fā)環(huán)境也可能支持不同的編程語(yǔ)言，常見(jiàn)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。　　單片機(jī)開(kāi)發(fā)者需要針對(duì)具體的應(yīng)用來(lái)寫(xiě)對(duì)應(yīng)的匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言程序，在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行編譯、調(diào)試，最后獲得所需的執(zhí)行代碼文件，通過(guò)編程器或其他特定的編程方式把執(zhí)行代碼文件燒寫(xiě)單片機(jī)的flash ROM中，這樣該單片機(jī)就具有了針對(duì)應(yīng)用的邏輯控制功能。　　當(dāng)然在開(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中，開(kāi)發(fā)者的程序可能會(huì)存在問(wèn)題，往往需要反復(fù)調(diào)試修改代碼。這種調(diào)試一般有兩種方式：一種是在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，用指令模擬器模擬單片機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程；另一種是通過(guò)連接計(jì)算機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試工具（一般稱(chēng)為仿真器），在開(kāi)發(fā)環(huán)境上進(jìn)行硬件調(diào)試，正常情況下，調(diào)試時(shí)間遠(yuǎn)大于初始程序編寫(xiě)時(shí)間?！　龑?xiě)了執(zhí)行代碼的單片機(jī)在系統(tǒng)上電后，就會(huì)按照開(kāi)發(fā)者的意愿執(zhí)行相應(yīng)的邏輯控制功能。

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