單片機原理及應用

前言

《單片機原理及應用》自2004年10月再版以來，至今已經(jīng)近4年，在此期間單片機技術又有了很大的發(fā)展，此外，《單片機原理及應用》自出版以來已多次印刷，說明此書有一定的讀者群，因而我們決定對原書內(nèi)容進行修訂更新。在重新編寫時，將對原書內(nèi)容做多處改進，特別是增加了“單片機C51語言程序設計”這一章。目前大多數(shù)單片機教材在介紹單片機編程語言時都以匯編語言為主，但隨著單片機應用的深入，在開發(fā)較復雜的系統(tǒng)時就需要用到C語言，而目前的單片機教材多數(shù)都沒有兼顧到C語言的同時應用，而專門講述單片機c語言的教材多數(shù)又是屬于面向開發(fā)的高級教程，對單片機的原理講述較少，高等院校多數(shù)都開設了C語言課程，在這種情況下再專門開設單片機的C語言課程也顯得沒有必要了，因而本書采用重點介紹用于單片機的C51語言與通用C語言的不同之處（擴展特點）和應用于單片機編程時的主要特點。因為以8051為內(nèi)核的80C5l系列單片機目前在世界上生產(chǎn)量最大，派生產(chǎn)品最多，可以滿足大多數(shù)用戶的需要；而且80C51的軟件工具也已形成從低到高的不同檔次、價格合理的開發(fā)裝置，因而80C51系列單片機成為單片機教學的首選機型，特別是80C5l系列中的典型型號在基本結構、工作原理和引腳上與MCS－51系列單片機的8051是完全兼容的。基于這種情況，本書在介紹單片機時，是以80C51系列為例進行講述的。而在介紹具體型號時選用了美國ATMEL公司的AT89系列產(chǎn)品。由于其顯著的特點（詳見第1章），使得它很快在單片機市場脫穎而出，并在市場上占有較大的份額。AT89系列單片機的成功使得幾個著名的半導體廠家也相繼生產(chǎn)了類似的產(chǎn)品，例如，Philips的P89系列、美國SST公司的SST89系列等。后來人們簡稱這一類產(chǎn)品為89系列單片機，它實際上還是屬于80C5l系列。89系列單片機雖然并不是功能強，最先進的單片機，但它是源于經(jīng)典的MCS－51系列，考慮到教學的連續(xù)性及89系列單片機和所用開發(fā)裝置的普及性（大約占市場50％的份額），因而本書的單片機芯片實例將采用ATMEL公司的AT89S51／52單片機（因為AT89C5l／52在2003年已經(jīng)停止生產(chǎn)，AT89S51／52是其替代產(chǎn)品，不過Philips的P89C51／52仍然有產(chǎn)品），在作為一般共性介紹時還是用80C51代表（此時表示的是80C51系列而不是具體型號）。本教材在章節(jié)的安排順序和內(nèi)容上都有不同程度的改進。第l章增加了單片機基礎知識的介紹，第2章以AT89S51／52單片機為例介紹單片機的結構及原理，第3章介紹指令系統(tǒng)，第4章介紹匯編語言程序設計，第5章介紹定時／計數(shù)器，第6章介紹串行接口，第7章介紹中斷系統(tǒng)，第8章介紹擴展方法，第9章介紹接口技術，第10章是新增加的內(nèi)容，介紹C51語言程序設計，第11章介紹單片機應用系統(tǒng)設計。為了能給讀者較多的應用實例和方法，同時又不至于使篇幅過長，在舉例時對于關鍵和核心的內(nèi)容盡量講透，其他內(nèi)容點到為止。本書是作者多年教學和科研的積累，同時為了使本書的內(nèi)容更加豐富和完整，書中也引用了部分國內(nèi)外的參考文獻、書籍，主要來源見參考文獻。

內(nèi)容概要

　　《高職高專計算機系列教材：單片機原理及應用（第2版）》是高職高專系列教材之一。由于以前出版的《單片機原理及應用》內(nèi)容已經(jīng)不能完全滿足當前教學的需要，《高職高專計算機系列教材：單片機原理及應用（第2版）》根據(jù)近年來單片機的發(fā)展，在保持原教材結構特點的基礎上，更新了內(nèi)容，同時增加了串行接口擴展方法的應用實例和C51語言的內(nèi)容?！　　陡呗毟邔Ｓ嬎銠C系列教材：單片機原理及應用（第2版）》以80C51系列中的89系列單片機為例介紹了單片機的硬件結構、工作原理、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設計、接口技術、中斷系統(tǒng)及單片機應用等內(nèi)容，并增加了C51語言的介紹。在各章中對關鍵性內(nèi)容都結合實例予以說明，同時還安排了大量思考題和習題，以利于讀者對所述內(nèi)容的理解、掌握、鞏固和應用。　　《高職高專計算機系列教材：單片機原理及應用（第2版）》的特點是深入淺出、闡述清晰、編排合理、例題豐富，易于自學。　　《高職高專計算機系列教材：單片機原理及應用（第2版）》既可作為大專院校單片機課程教材，也可作為科技人員學習開發(fā)單片機的參考書。

書籍目錄

第1章 概述1.1 單片機發(fā)展概況1.1.1 單片機的發(fā)展歷史1.1.2 單片機的組成及特點1.1.3 單片機的發(fā)展趨勢1.1.4 單片機與嵌入式系統(tǒng)1.2 常用8位單片機系列1.2.1 80C51系列單片機的特點及分類1.2.2 其他常用單片機系列綜述1.3 單片機基礎知識1.3.1 數(shù)制與編碼1.3.2 計算機的基本組成電路第2章 單片機結構及原理2.1 單片機結構2.1.1 單片機組成及結構2.1.2 引腳定義及功能2.2 單片機的工作原理2.2.1 指令與程序概述2.2.2 CPU的工作原理2.2.3 單片機執(zhí)行程序過程2.3 存儲器2.3.1 存儲器的分類2.3.2 存儲單元和存儲單元地址2.3.3 存儲器結構和地址空間2.3.4 程序存儲器2.3.5 數(shù)據(jù)存儲器2.4 特殊功能寄存器SFR2.4.1 80C51系列的SFR2.4.2 SFR地址分布及尋址2.4.3 SFR的功能與作用2.5 CPU時序及時鐘電路2.5.1 CPU時序及有關概念2.5.2 80C51的指令時序2.5.3 振蕩器和時鐘電路2.6 復位和復位電路2.6.1 內(nèi)部復位信號的產(chǎn)生2.6.2 復位狀態(tài)2.6.3 外部復位電路設計2.7 輸入/輸出端口結構2.7.1 4個I/O端口的主要異同點2.7.2 P0口2.7.3 P1口2.7.4 P2口2.7.5 P3口2.8 80C51系列單片機的低功耗方式2.8.1 電源控制寄存器PCON2.8.2 待機方式2.8.3 掉電方式思考與練習第3章 指令系統(tǒng)3.1 指令系統(tǒng)簡介3.2 尋址方式3.2.1 符號約定3.2.2 尋址方式說明3.3 指令系統(tǒng)分類介紹3.3.1 數(shù)據(jù)傳送類指令3.3.2 算術運算類指令3.3.3 邏輯操作類指令3.3.4 控制轉移類指令3.3.5 位操作類指令思考與練習第4章 匯編語言程序設計4.1 概述4.1.1 程序設計語言4.1.2 匯編語言規(guī)范4.1.3 匯編語言程序設計步驟4.2 匯編語言程序設計舉例4.2.1 順序程序設計4.2.2 循環(huán)程序設計4.2.3 分支程序設計4.2.4 散轉程序設計4.2.5 查表程序設計4.2.6 子程序設計思考與練習第5章 定時/計數(shù)器5.1 定時/計數(shù)器T0、T1概述5.1.1 定時器/計數(shù)器T0、T1的結構5.1.2 定時/計數(shù)器的原理5.2 定時/計數(shù)器的控制方法5.2.1 定時/計數(shù)器寄存器5.2.2 定時/計數(shù)器的初始化5.2.3 定時/計數(shù)器初值的確定方法5.3 定時/計數(shù)器T0、T1的工作方式5.3.1 方式05.3.2 方式15.3.3 方式25.3.4 方式35.4 定時器T0、T1應用舉例5.4.1 定時器應用舉例5.4.2 計數(shù)器應用舉例5.4.3 門控位應用舉例5.5 定時/計數(shù)器T25.5.1 T2的寄存器5.5.2 定時器T2的工作方式5.5.3 應用例題5.6 定時器T3——WDT監(jiān)視定時器5.6.1 WDT的功能及應用特點5.6.2 輔助寄存器AUXR思考與練習第6章 80C51的串行接口6.1 串行通信概述6.1.1 同步通信和異步通信方式6.1.2 串行通信的數(shù)據(jù)傳送速率6.1.3 串行通信的方式6.1.4 通信協(xié)議6.2 80C51串行口簡介6.2.1 串行口結構與工作原理6.2.2 串行口控制寄存器SCON6.2.3 80C51的幀格式6.2.4 波特率的設置6.3 串行通信工作方式6.3.1 方式06.3.2 方式16.3.3 方式2和方式36.3.4 多機通信6.4 串行口應用舉例6.4.1 用串行口擴展I/O口6.4.2 用串行口進行異步通信思考與練習第7章 中斷系統(tǒng)7.1 概述7.1.1 中斷的概念7.1.2 引進中斷技術的優(yōu)點7.1.3 中斷源7.1.4 中斷系統(tǒng)的功能7.2 AT89S51單片機的中斷系統(tǒng)7.2.1 中斷系統(tǒng)的結構7.2.2 中斷源及中斷入口7.2.3 中斷控制7.3 中斷處理過程7.3.1 中斷響應7.3.2 中斷處理7.3.3 中斷返回7.3.4 中斷請求的撤除7.3.5 中斷響應時間7.3.6 擴充外中斷源7.4 中斷程序的設計與應用7.4.1 中斷程序的一般設計方法7.4.2 中斷程序應用舉例思考與練習第8章 單片機的系統(tǒng)擴展8.1 并行擴展概述8.1.1 外部并行擴展總線8.1.2 系統(tǒng)擴展常用芯片8.1.3 并行擴展的尋址方法8.2 存儲器的并行擴展8.2.1 數(shù)據(jù)存儲器擴展概述8.2.2 存儲器擴展舉例8.2.3 超大容量存儲器的擴展8.3 并行I/O接口的擴展8.3.1 簡單的并行I/O擴展8.3.2 可編程I/O接口電路的擴展8.4 串行擴展概述8.4.1 串行擴展總線與串行擴展接口8.4.2 常用串行總線與串行接口簡介8.4.3 單片機串行擴展的模擬技術8.5 I2C總線8.5.1 I2C總線的特點8.5.2 I2C總線的組成及基本工作原理8.5.3 I2C總線的傳輸時序8.5.4 I2C總線應用舉例8.6 SPI串行接口8.6.1 SPI接口的特點8.6.2 SPI接口的組成及基本原理8.6.3 SPI串行接口應用舉例思考與練習第9章 接口技術9.1 鍵盤接口9.1.1 鍵盤工作原理9.1.2 獨立式按鍵9.1.3 行列式鍵盤9.2 顯示器接口9.2.1 LED顯示器的結構與原理9.2.2 LED靜態(tài)顯示方式9.2.3 LED動態(tài)顯示方式9.2.4 液晶顯示器LCD的應用技術9.2.5 鍵盤、顯示接口電路9.3 功率驅(qū)動器件及接口電路9.3.1 輸出接口的隔離技術9.3.2 直流負載驅(qū)動電路9.3.3 晶閘管負載驅(qū)動電路9.3.4 繼電器接口電路9.3.5 固態(tài)繼電器接口電路9.4 數(shù)模轉換接口9.4.1 DAC電路原理9.4.2 D/A轉換器的主要技術指標9.4.3 并行D/A轉換器及接口9.4.4 串行D/A轉換器及接口9.5 模數(shù)轉換器9.5.1 模數(shù)轉換的主要技術指標9.5.2 逐次逼近式A/D轉換9.5.3 雙積分ADC電路9.5.4 串行A/D轉換器9.6 打印機接口9.6.1 TP?P-40A主要技術性能及接口要求9.6.2 字符代碼及打印命令9.6.3 TP?P-40A/16A與單片機接口思考與練習第10章 單片機C51語言程序設計10.1 單片機的C51語言概述10.1.1 C語言的主要優(yōu)點10.1.2 使用C51語言的注意事項10.1.3 C51的運算符及表達式10.1.4 C51語言的程序結構10.1.5 C51的流程控制語句10.2 C51對通用C語言的擴展10.2.1 數(shù)據(jù)類型10.2.2 數(shù)據(jù)的存儲類型10.2.3 指針10.2.4 函數(shù)10.2.5 C51語言對單片機硬件的訪問10.3 內(nèi)部功能模塊的C語言編程10.4 C語言與匯編語言的混合編程10.4.1 C語言與匯編語言混合編程注意事項10.4.2 帶參數(shù)傳遞的函數(shù)調(diào)用10.4.3 無參數(shù)傳遞的函數(shù)調(diào)用10.4.4 混合編程舉例思考與練習第11章 單片機應用系統(tǒng)的設計與開發(fā)11.1 應用系統(tǒng)研制過程11.1.1 總體設計11.1.2 硬件設計11.1.3 軟件設計11.2 開發(fā)工具和開發(fā)方法11.2.1 開發(fā)工具11.2.2 開發(fā)方法11.3 KeilC51集成開發(fā)環(huán)境的使用11.3.1 Keil軟件工具簡介11.3.2 項目的建立與設置11.3.3 運行調(diào)試11.4 恒溫箱溫度控制監(jiān)測系統(tǒng)11.4.1 題目分析11.4.2 硬件設計11.4.3 軟件設計11.5 PC機與單片機間的串行通信設計11.5.1 RS-232C標準接口11.5.2 單片機與PC機之間的電平轉換芯片11.5.3 PC機與單片機串行通信應用實例11.5.4 采用RS-422A標準的通信系統(tǒng)11.6 日歷/時鐘與單片機的接口與應用11.6.1 串行實時時鐘芯片DS1302簡介11.6.2 DS1302的命令字11.6.3 片內(nèi)寄存器功能定義11.6.4 數(shù)據(jù)讀寫方式及控制操作方法11.6.5 單片機與DS1302的接口與應用思考與練習附錄A 80C51指令表附錄B 各數(shù)制對照表附錄C ASCII（美國標準信息交換碼）表附錄D 二進制邏輯單元圖形符號對照表附錄E 常用芯片引腳圖參考文獻

章節(jié)摘錄

第1章 概述為適應嵌入式應用的需要，單片機應運而生，發(fā)展極為迅速。從1976年開始至今30多年的時間里，單片機已發(fā)展成為一個品種齊全、功能豐富的龐大家族。目前單片機已成為工控領域、尖端武器、日常生活中最廣泛使用的計算機，因而對廣大理工科高等院校的學生和科技人員來說，學習和掌握單片機原理及應用已是刻不容緩的事情了。1.1 單片機發(fā)展概況單片機一詞最初是源于“SingleChipMicrocomputer”，簡稱SCM。在單片機誕生時，因為它的組成與原理都基于計算機，所以SCM是一個準確的、流行的稱謂。隨著SCM在技術上、體系結構上的不斷進步，使其控制功能不斷擴展，它的主要作用已不是計算，而是控制。國際上也逐漸采用“MCU”（MicroControllerUnit），即微控制器來代替SCM，形成了單片機界公認的、最終統(tǒng)一的名詞。為了與國際接軌，以后應將中文“單片機”一詞和“MCU”作為唯一的對應翻譯。在國內(nèi)因為單片機一詞已約定成俗，所以可繼續(xù)沿用。1.1.1 單片機的發(fā)展歷史如果將8位單片機的推出作為起點（1976年），那么，單片機的發(fā)展歷史大致可分為4個階段。1.單片機的探索階段主要是探索如何把計算機的主要部件集成在單芯片上。Intel公司推出的MCS.4 8就是在工控領域探索的代表，參與這一探索的還有Motorola，Zilog等公司，也都取得了滿意的效果。這是單片微型計算機的誕生年代，單片機一詞即由此而來。2.單片機完善階段Intel公司在MCS.4 8基礎上推出了完善的、典型的MCS.5 1單片機系列。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結構。①設置了經(jīng)典、完善的8位單片機的并行總線結構。②外圍功能單元由CPU集中管理的模式。③體現(xiàn)控制特性的位地址空間、位操作方式。④指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。

編輯推薦

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