單片微型計算機(jī)原理及工程應(yīng)用

前言

　　嵌入式技術(shù)作為計算機(jī)技術(shù)的一個重要分支，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、機(jī)電一體化產(chǎn)品、智能儀表、家用電器、通信及汽車制造等諸多領(lǐng)域。MCS-51及其兼容單片機(jī)，是廣為工程技術(shù)人員熟悉的一種嵌入式微控制器，特別是各大專院校的電氣工程及其自動化、自動化、機(jī)械設(shè)計制造及其自動化、電子信息工程、通信工程等工科專業(yè)，都以其作為一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，使得MCS-51及其兼容單片機(jī)在國內(nèi)被用戶廣泛認(rèn)可和采用，占有了主要的市場份額。隨著單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，如Atmel公司的AT89系列，Philips公司的80C51系列，SST公司的SST89系列以及Siemens等公司也都在8051的基礎(chǔ)上先后推出了新型兼容機(jī)。這些產(chǎn)品都具有IntelMCS-51的內(nèi)核，有相同的CPU結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，有些產(chǎn)品的引腳功能也完全相同，而其CPU的速度、功能、內(nèi)部資源以及尋址范圍、可擴(kuò)展性等方面都有大幅度提高。這種內(nèi)核的一致性，使得凡是學(xué)習(xí)和使用過MCS-51單片機(jī)的人，再學(xué)習(xí)、掌握和使用該系列不斷更新的兼容機(jī)時，就非常容易了。本書中以“51單片機(jī)”來泛指有IntelMCS-51內(nèi)核的單片機(jī)系列?！　”緯鶕?jù)筆者多年的單片機(jī)教學(xué)積累，結(jié)合工程應(yīng)用、教學(xué)實例編寫而成，力圖使讀者能夠清晰、明快地掌握單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)和原理，并能使用單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，將單片機(jī)應(yīng)用于工程實際中。全書具有如下特點?！　。?）由計算機(jī)基本原理引入，闡述單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)在控制領(lǐng)域的地位和發(fā)展，為適合不同基礎(chǔ)讀者學(xué)習(xí)，還介紹了計算機(jī)運算基礎(chǔ)知識的內(nèi)容?！　。?）以當(dāng)今最流行的、應(yīng)用最普遍的80C51及Atmel 89S51系列單片機(jī)為主線，介紹MCS-5l系列單片機(jī)的基本原理、指令系統(tǒng)、接口擴(kuò)展、工程應(yīng)用基礎(chǔ)等。　?。?）本書著力于實踐，引入仿真技術(shù)，通過附錄向讀者介紹了流行的嵌入式系統(tǒng)集成調(diào)試環(huán)境Keil rtVision2、全軟件仿真并可以進(jìn)行PCB電路板設(shè)計的EDA設(shè)計系統(tǒng)Proteus，為讀者在學(xué)習(xí)的同時，進(jìn)行實踐練習(xí)創(chuàng)造最便利的手段。書中全部程序及主要的電路實例，均由筆者在以上兩款軟件系統(tǒng)中設(shè)計并調(diào)試通過，讀者根據(jù)附錄的上機(jī)操作指導(dǎo)進(jìn)行學(xué)習(xí)，就可以親自實踐，在練習(xí)中鞏固知識；附錄還介紹了C51和常用集成電路引腳，給讀者的軟硬件設(shè)計提供幫助?！　。?）融入新技術(shù)的發(fā)展，近年來串行總線及接口設(shè)計已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)教材不斷介紹的單片機(jī)并行擴(kuò)展應(yīng)用，本書一方面保留傳統(tǒng)教學(xué)中通過對并行擴(kuò)展的介紹，闡述計算機(jī)擴(kuò)展的技術(shù)方法，另一方面對新一代單片機(jī)及單片機(jī)系統(tǒng)支持的如I2C、SPI／Microwave、1-Wire、CAN等串行總線進(jìn)行了介紹，使讀者獲得最新的知識，為工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

內(nèi)容概要

　　《單片微型計算機(jī)原理及工程應(yīng)用》立足于MCS.51系列單片機(jī)，以目前使用最廣泛的MSC.51兼容產(chǎn)品——Atmel 89C51／89S51為對象，全面介紹了此架構(gòu)類型單片機(jī)的歷史沿革、結(jié)構(gòu)組成、基本原理、接口擴(kuò)展技術(shù)；對以單片機(jī)為核心控制器的嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建，從工程應(yīng)用的角度，闡述了其主要的設(shè)計方法和技術(shù)。　　全書共分9章及幫助讀者自學(xué)和實踐的附錄，內(nèi)容涵蓋三個層次：單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)組成與工作原理、單片機(jī)軟件系統(tǒng)、單片機(jī)工程應(yīng)用設(shè)計。具體包括：單片機(jī)基礎(chǔ)知識、51系列單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)與程序設(shè)計、中斷系統(tǒng)和定時器計數(shù)器、并行串行擴(kuò)展技術(shù)、單片機(jī)常用接口技術(shù)、單片機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)，KeilμVision2與Proteus、單片機(jī)高級語言C51。為了幫助讀者閱讀和學(xué)習(xí)，在每一章節(jié)前列出了本章的重點和難點內(nèi)容，每章結(jié)尾給出本章小結(jié)，并為讀者開辟一個延伸閱讀關(guān)鍵字區(qū)域，幫助讀者進(jìn)行深入閱讀，書中的例程都提供模擬仿真資料以各讀者練習(xí)。　　《單片微型計算機(jī)原理及工程應(yīng)用》是在參考了大量單片機(jī)的最新資料、汲取了工程開發(fā)應(yīng)用中的許多成果和經(jīng)驗后編寫而成的，兼顧了通俗性、系統(tǒng)性、先進(jìn)性和實用性，可以作為高等院校、高職高專電氣工程及其自動化、自動化、機(jī)械設(shè)計制造及其自動化、電子信息工程、通信工程等工科專業(yè)計算機(jī)原理、單片機(jī)原理及應(yīng)用的教材，也可以作為工程技術(shù)人員的參考和自學(xué)資料。

書籍目錄

第1章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識1.1 微機(jī)及工業(yè)控制用計算機(jī)1.1.1 微型計算機(jī)的組成與工作原理1.1.2 微型計算機(jī)的形態(tài)1.1.3 控制用微機(jī)及其應(yīng)用1.2 嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)1.2.1 嵌入式系統(tǒng)的概念1.2.2 單片機(jī)的概念1.2.3 單片機(jī)的分類1.2.4 單片機(jī)的特點與優(yōu)點1.2.5 單片機(jī)的應(yīng)用1.3 單片機(jī)的發(fā)展1.3.1 單片機(jī)的發(fā)展歷史1.3.2 單片機(jī)的發(fā)展趨勢1.3.3 8位單片機(jī)——MCS-51系列及其兼容機(jī)1.4 計算機(jī)運算基礎(chǔ)知識1.4.1 數(shù)制1.4.2 碼制1.4.3 定點數(shù)與浮點數(shù)本章小結(jié)習(xí)題與思考題第2章 51系列單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)2.1 51系列單片機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)與引腳信號2.1.1 51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能部件2.1.2 51單片機(jī)的封裝與引腳2.2 單片機(jī)的微處理器2.2.1 運算部件2.2.2 控制部件2.2.3 與CPU有關(guān)的專用寄存器組2.3 單片機(jī)的時鐘與復(fù)位2.3.1 時鐘電路2.3.2 CPU時序2.3.3 復(fù)位狀態(tài)與復(fù)位電路2.3.4 CHMOS單片機(jī)的低功耗工作方式2.4 存儲器組織和存儲空間2.4.1 存儲器分類2.4.2 程序存儲器2.4.3 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器2.4.4 外部數(shù)據(jù)存儲器2.4.5 外部存儲器的訪問2.4.6 單片機(jī)存儲器空間的訪問規(guī)則2.5 并行I／O端口2.5.1 P0口的結(jié)構(gòu)和功能2.5.2 P1口的結(jié)構(gòu)和功能2.5.3 P2口的結(jié)構(gòu)和功能2.5.4 P3口的結(jié)構(gòu)和功能2.6 AT89S52的增強功能本章小結(jié)習(xí)題與思考題第3章 51單片機(jī)指令系統(tǒng)3.1 51單片機(jī)指令系統(tǒng)概述3.1.1 指令的語言形式3.1.2 51系列單片機(jī)指令的格式3.1.3 尋址方式3.2 數(shù)據(jù)傳送類指令3.2.1 數(shù)據(jù)傳送指令3.2.2 數(shù)據(jù)交換指令3.2.3 堆棧操作指令3.2.4 數(shù)據(jù)傳送類指令應(yīng)用分析3.3 算術(shù)運算類指令3.3.1 算術(shù)運算類指令3.3.2 算術(shù)運算類指令應(yīng)用分析3.4 邏輯運算類指令3.4.1 邏輯運算類指令3.4.2 邏輯運算類指令應(yīng)用分析3.5 位操作類指令3.5.1 位操作類指令3.5.2 位操作類指令應(yīng)用分析3.6 控制轉(zhuǎn)移類指令3.6.1 控制轉(zhuǎn)移類指令3.6.2 控制轉(zhuǎn)移類指令應(yīng)用分析本章小結(jié)習(xí)題與思考題第4章 匯編語言程序設(shè)計4.1 匯編語言程序設(shè)計概述4.1.1 設(shè)計匯編語言程序的方法4.1.2 偽指令4.1.3 匯編語言程序的結(jié)構(gòu)4.2 順序程序設(shè)計4.3 分支程序設(shè)計4.4 循環(huán)程序設(shè)計4.5 子程序設(shè)計4.6 程序設(shè)計舉例本章小結(jié)習(xí)題與思考題第5章 中斷系統(tǒng)和定時器計數(shù)器5.1 輸入輸出數(shù)據(jù)傳送方式5.2 51單片機(jī)中斷系統(tǒng)5.2.1 中斷及中斷技術(shù)5.2.2 51系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)5.2.3 51系統(tǒng)的中斷處理過程5.2.4 中斷的編程和應(yīng)用5.3 定時器計數(shù)器5.3.1 定時器計數(shù)器結(jié)構(gòu)5.3.2 定時器計數(shù)器的工作方式5.3.3 定時器計數(shù)器的編程和應(yīng)用本章小結(jié)習(xí)題與思考題第6章 并行系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)6.1 并行擴(kuò)展概述6.1.1 最小應(yīng)用系統(tǒng)6.1.2 并行總線6.2 并行擴(kuò)展原理6.2.1 并行擴(kuò)展內(nèi)容與方法6.2.2 基本擴(kuò)展芯片簡介6.2.3 并行擴(kuò)展編址技術(shù)6.3 程序存儲器的擴(kuò)展6.3.1 常用程序存儲器芯片6.3.2 程序存儲器擴(kuò)展舉例6.4 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展6.4.1 常用數(shù)據(jù)存儲器芯片6.4.2 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展舉例6.4.3 存儲器綜合擴(kuò)展舉例6.5 并行I／O接口擴(kuò)展6.5.1 I／O接口技術(shù)概述6.5.2 簡單并行I／O擴(kuò)展6.5.3 可編程并行接口擴(kuò)展方法——8255A本章小結(jié)習(xí)題與思考題第7章 串行通信及串行擴(kuò)展技術(shù)7.1 串行通信概述7.1.1 串行通信的基本方式7.1.2 串行通信的數(shù)據(jù)傳送方式7.2 常用的串行通信總線7.2.1 RS.2 32C接口標(biāo)準(zhǔn)7.2.2 RS-422A及RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)7.3 51系列單片機(jī)的串行接口7.3.1 51單片機(jī)串行接口結(jié)構(gòu)7.3.2 51單片機(jī)串行接口控制寄存器7.3.3 51單片機(jī)串行口的工作方式及波特率7.3.4 51單片機(jī)串行口的應(yīng)用7.4 單片機(jī)串行擴(kuò)展技術(shù)7.4.1 串行擴(kuò)展的種類7.4.2 12C串行總線7.4.3 SPI及Microwire串行總線7.4.4 1-wire串行總線7.4.5 CANBUS現(xiàn)場總線簡介本章小結(jié)習(xí)題與思考題第8章 單片機(jī)常用接口技術(shù)8.1 鍵盤接口8.1.1 鍵盤的結(jié)構(gòu)與工作原理8.1.2 獨立式鍵盤8.1.3 矩陣式鍵盤8.2 顯示器接口8.2.1 LED顯示接口8.2.2 LCD顯示接口8.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換接口8.3.1 DA轉(zhuǎn)換器概述8.3.2 典型并行接口DA轉(zhuǎn)換器芯片DAC0838.3.3 典型串行接口DA轉(zhuǎn)換器芯片TLC5628.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換接口8.4.1 AdD轉(zhuǎn)換器概述8.4.2 典型AD轉(zhuǎn)換器芯片ADC0808.4.3 典型串行接口AD轉(zhuǎn)換器芯片TLC154本章小結(jié)習(xí)題與思考題第9章 單片機(jī)工程應(yīng)用技術(shù)9.1 單片機(jī)工程應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計9.1.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)9.1.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的要求與內(nèi)容9.1.3 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計過程及方法9.1.4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試工具9.2 單片機(jī)應(yīng)用中的抗干擾技術(shù)9.2.1 硬件抗干擾設(shè)計9.2.2 軟件抗干擾設(shè)計9.3 單片機(jī)穩(wěn)壓電源電路設(shè)計9.3.1 三端穩(wěn)壓器介紹9.3.2 基于三端穩(wěn)壓器的電源穩(wěn)壓電路設(shè)計9.4 開關(guān)量輸出功率驅(qū)動電路設(shè)計9.4.1 三極管驅(qū)動電路9.4.2 光電耦合器件驅(qū)動電路9.4 _3晶閘管驅(qū)動電路9.4.4 繼電器驅(qū)動電路本章小結(jié)習(xí)題與思考題附錄AASCII碼表附錄BMCS.51單片機(jī)指令表附錄CKeilpⅥsion2與ProteusC.1 gVision2集成開發(fā)環(huán)境上機(jī)操作C.1.1 μVision2的安裝C.1.2 μVision2創(chuàng)建工程文件C.1.3 μsion2環(huán)境中的工程設(shè)置C.1.4 μVision2調(diào)試C.2 Proteus電路圖設(shè)計、仿真軟件上機(jī)操作C.2.1 Proteus ISIS調(diào)試C.2.2 Proteus ARES設(shè)計C.2.3 Proteus與Keil的聯(lián)調(diào)附錄D單片機(jī)高級語言——C51D.1 標(biāo)準(zhǔn)程序格式D.2 C51數(shù)據(jù)類型與存儲類型D.3 單片機(jī)資源的C51定義D.4 C51運算符與表達(dá)式D.5 C51控制語句D.6 C51的函數(shù)D.7 C51程序設(shè)計舉例附錄E 常用集成電路引腳排列參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1.3.2單片機(jī)的發(fā)展趨勢　　近幾年來單片機(jī)的發(fā)展速度很快，縱觀各個系列的單片機(jī)產(chǎn)品的特性，可以看出單片機(jī)正朝著高性能化、存儲器大容量化和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。　?。?）體系結(jié)構(gòu)發(fā)展　　單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC（System on Chip）三大發(fā)展階段。由于單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)轉(zhuǎn)入以嵌入式應(yīng)用為主的時代，如今的單片機(jī)芯片，其功能就是一個比較完整的小型控制系統(tǒng)，因此當(dāng)談及單片機(jī)發(fā)展的現(xiàn)狀時，就應(yīng)該建立起微控制器（MCU）的概念。早先在SCM階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)，以適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，Intel公司的MCS.51系列是典型的代表；而后，在SCM的技術(shù)和體系上不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式對象要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力，使單片機(jī)迅速進(jìn)入MCU階段，如今Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展，在發(fā)展MCU方面，以Phflips、Atmel、Microchip、Motorola等公司為代表，將MCS-51從單片微型計算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器；今后，單片機(jī)的發(fā)展為尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決，專用單片機(jī)自然將形成向SoC——片上系統(tǒng)發(fā)展的趨勢?！　。?）單片機(jī)的高性能化　　主要是指進(jìn)一步改進(jìn)CPU的性能，增加CPU的字長或提高時鐘頻率均可提高CPU的數(shù)據(jù)處理能力和運算速度。cPU的字長已有8位、16位、32位。時鐘頻率高達(dá)40MHz的單片機(jī)也已出現(xiàn)。加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性，并加強位處理功能、中斷和定時控制功能；采用流水線結(jié)構(gòu)，指令以隊列形式出現(xiàn)在CPU中，從而達(dá)到很高的運算速度。有的單片機(jī)采用了多流水線結(jié)構(gòu)，這類單片機(jī)的運算速度要比標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)高出10倍以上。單片機(jī)內(nèi)部采用雙CPU結(jié)構(gòu)也能大大提高處理能力，如Rockwell公司的R6500／21和R65C29單片機(jī)?！　。?）存儲器大容量化　　以往單片機(jī)內(nèi)部的ROM為1～4KB，RAM為64～128B，目前單片機(jī)的片內(nèi)ROM多達(dá)16K、32K、64K字節(jié)，RAM為256字節(jié)；片內(nèi)EPROM開始向EEPROM化發(fā)展，使用FLASH ROM的單片機(jī)更采用在系統(tǒng)可編程技術(shù)（In System Programmable，ISP）、在應(yīng)用可編程技術(shù)（In Application Programming，IAP），大大方便了系統(tǒng)的調(diào)試及應(yīng)用程序的升級。

編輯推薦

　　本書根據(jù)作者多年的單片機(jī)教學(xué)積累，結(jié)合工程應(yīng)用、教學(xué)實例編寫而成。本書在內(nèi)容安排上力求循序漸進(jìn)、重點突出，第1～6章及第7章7.1、7.3節(jié)作為MCS-51單片機(jī)基本功能及原理介紹；其他章節(jié)介紹接口技術(shù)、工程應(yīng)用等系統(tǒng)設(shè)計知識；附錄為讀者提供了單片機(jī)學(xué)習(xí)的主要技術(shù)手段和常用速查信息；每章的“內(nèi)容提要”、“學(xué)習(xí)難點”、“本章小結(jié)”以及“習(xí)題與思考題”，幫助讀者明確階段性的學(xué)習(xí)重點和難點，鞏固基本原理和分析方法，在學(xué)習(xí)中思考，在練習(xí)中提高?！　”緯梢宰鳛楦叩仍盒?、高職高專工科專業(yè)計算機(jī)原理、單片機(jī)原理及應(yīng)用的教材以及畢業(yè)設(shè)計的參考資料，也可以作為一本參考書和自學(xué)資料，為從事MCS-51單片機(jī)學(xué)習(xí)、開發(fā)、應(yīng)用的學(xué)生和工程技術(shù)人員使用。

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