單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計實用教程

前言

“單片機原理及其應(yīng)用”不但是目前各個大專院校計算機應(yīng)用專業(yè)及計算機相關(guān)專業(yè)的一門重要課程，同時也是一個電子類工程師應(yīng)該掌握的三大技術(shù)之一。根據(jù)近年來編者帶本?？飘厴I(yè)設(shè)計的經(jīng)歷，發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生沒有能掌握好單片機原理，也不清楚該如何應(yīng)用的根本原因是他們很難理解單片機的一些概念，而這些概念和計算機原理有本質(zhì)區(qū)別，如定時器等單片機集成的功能電路的使用。同時，一些學(xué)生又很難建立單片機原理的系統(tǒng)知識，很難從微機原理的知識引申到單片機學(xué)習中。編者按自己的理解和學(xué)生們討論了單片機設(shè)計的原理及應(yīng)用，很快學(xué)生們就掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的技巧。最讓編者欣慰的是，憑借著熟練的設(shè)計技巧，學(xué)生們都順利找到了理想的工作。筆者總結(jié)多年的教學(xué)經(jīng)驗編寫了《單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》一書?！秵纹瑱C原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》一書出版后，獲得了廣大讀者和教師的廣泛歡迎，被多家高校選擇為教材和參考書。但該書主要是針對自學(xué)者和開發(fā)參考書使用，作為教材，其理論參數(shù)闡述還不夠簡明、清楚、系統(tǒng)；內(nèi)容組織也不夠合理、規(guī)范；隨著時間的推移，有些內(nèi)容還需要更新和修改；更為重要的是如何開展試驗，能使讀者更好地理論聯(lián)系實際等內(nèi)容也沒有涉及。為彌補書中的不足，使內(nèi)容更加完善和實用，筆者經(jīng)過慎重考慮和充分準備，又編寫《單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計實用教程》一書。本書的定位是教材+實驗教程+工具書，在單片機及其應(yīng)用多種新技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合項目開發(fā)的實際經(jīng)驗而編寫的。全書共分17章，全面闡述了MCS51系列單片機的基本原理及其最新的應(yīng)用技術(shù)。本書一方面介紹了MCS51系列單片機的基本結(jié)構(gòu)、組成、中斷系統(tǒng)、存儲器以及匯編語言程序設(shè)計。通過這些內(nèi)容的學(xué)習，可使學(xué)生對MCS 51系列單片機有一個總體的概念和認識，并在掌握基本硬件的基礎(chǔ)上用軟件實現(xiàn)單片機的一些基本功能。在單片機的應(yīng)用中詳細介紹了并行口、串行口、定時器以及相應(yīng)的擴展和應(yīng)用，簡單介紹了模擬量和數(shù)字量的相互轉(zhuǎn)換以及轉(zhuǎn)換器件與單片機的接口，同時綜合前面所學(xué)內(nèi)容，列舉了單片機典型應(yīng)用實例。本書另一方面介紹了對目前單片機領(lǐng)域的流行語言C51及其編譯器、常用的AT89C51的改進型芯片AT89S51相關(guān)新技術(shù)、嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）。單片機的程序設(shè)計應(yīng)該以C語言為主，以匯編語言為輔。采用C語言也不必對單片機和硬件接口的結(jié)構(gòu)有很深入的了解，編譯器可以自動完成變量的存儲單元的分配，編程者就可以專注于應(yīng)用軟件部分的設(shè)計，大大加快軟件的開發(fā)速度。采用C語言可以很容易地進行單片機的程序移植工作，有利于產(chǎn)品中單片機的重新選型。匯編語言主要在時間要求比較嚴格的模塊中使用。本書同時采用C語言和匯編語言進行講解，這樣不但容易理解單片機程序設(shè)計的實質(zhì)，也有助理解C語言在單片機中的應(yīng)用技巧，這也是本書的一大特點。當然出于教學(xué)課時的考慮，也可以挑選一種語言來講解。為了提高開發(fā)效率，需要在系統(tǒng)軟件上開發(fā)應(yīng)用軟件，才能事半功倍。嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）就是一個很好的嵌入式軟件的開發(fā)平臺。Small RTOS51是為51系列單片機而編寫的。它是完全免費的、源代碼公開的多任務(wù)實時操作系統(tǒng)。它可在無任何外部數(shù)據(jù)存儲器的單片80C51系統(tǒng)上運行，并且是可移植的。本書介紹Small RTOS51和一些基本概念，并詳細分析Small RTOS51的工作原理，給出部分常用硬件在Small RTOS51下驅(qū)動程序的源代碼。這些源代碼在DP51單片機仿真實驗儀上全部調(diào)試通過，且只要經(jīng)過很少的改動，或是不改動，就可以在其他環(huán)境下使用，便于讀者理解和掌握基于RTOS的編程方法。當然這一部分內(nèi)容初學(xué)者可以跳過，也不作為教學(xué)的要求內(nèi)容，僅供提高者參考。本書堅持深入淺出的寫作風格，在閱讀方法上進行了精心設(shè)計，力求讀者能在最短時間內(nèi)實現(xiàn)從入門到精通。本書內(nèi)容系統(tǒng)、全面而又前沿。同時本書堅持實用性和權(quán)威性，書中提供大量實例，且可以仿真驗證，并提供大量工程資料，一書在手，可輕松實現(xiàn)設(shè)計。本書將匯編指令的操作數(shù)與機器指令的代碼并列、指令字節(jié)數(shù)與周期數(shù)并列，兩個并列再集于一圖。學(xué)習復(fù)習、編程調(diào)試時“隨用隨查”。初學(xué)指令，先要跑面，重在識其全貌。指令不是學(xué)會而是用會的。編程時帶上問題進入場景，一遍遍地翻查找出最有效的指令，長期實踐定會流出“家珍”。指令部分有意安插的一些范例是為入門后頓悟用的。本書可以作為高等院校通信、控制、電工、電子、計算機專業(yè)的教材，也可供有關(guān)技術(shù)培訓(xùn)及工程技術(shù)人員自學(xué)參考之用。本書由胡學(xué)海主編，任代蓉、盧有亮、周文健副主編，粟思科主審；主要編寫人員有商洪亮，章磊等；同時參與本書編寫工作的人員還有王治國、馮強、曾德惠、許慶華、程亮、周聰、黃志平、胡松、邢永峰、邵軍、邊海龍、劉達因、趙婷、馬鴻娟、侯桐、趙光明、李勝、李輝、侯杰、王紅研、王磊、閆守紅、康涌泉、蔣杼倩、王小東、張森、張正亮、宋利梅、何群芬、程瑤。由于編者水平有限，時間倉促，書中難免會有不足之處，請各位讀者批評指正。感謝磁動力工作室、單片機開發(fā)聯(lián)盟、老古開發(fā)網(wǎng)的大力支持，感謝編寫書中共享軟件的作者和各位參考文獻的作者。胡學(xué)海于電子科技大學(xué)

內(nèi)容概要

　　本書面向單片機的學(xué)習和開發(fā)人員，按照單片機的教學(xué)大綱和知識體系，詳細介紹了單片機的設(shè)計原理和系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用實例。本書分為基礎(chǔ)篇和應(yīng)用提高篇，其中基礎(chǔ)篇介紹了單片機原理的基礎(chǔ)知識，講述單片機的基本知識、基本結(jié)構(gòu)、工作原理，擴展方法、編寫語言等；應(yīng)用提高篇主要介紹單片機應(yīng)用的新技術(shù)，如USB總線、CAN總線、液晶、PS/2鍵盤、I2C總線，IC卡讀寫器、嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS)等，主要是供開發(fā)人員使用。書中還給出了大量的綜合應(yīng)用實例，希望讀者能從中獲益。隨書贈送的配套教學(xué)資源中含有大量的學(xué)習資源、程序、電子教案、試題與答案，讀者可到http:∥download?cip?com?cn“配書資源”一欄中下載。
本書可作為高等院校通信、控制、電工、電子、計算機等專業(yè)的教材；也可供從事單片機系統(tǒng)開發(fā)的工程技術(shù)人員學(xué)習使用。

書籍目錄

第1篇 基礎(chǔ)篇緒論
　緒論
　　習題
　第1章 單片機結(jié)構(gòu)及設(shè)計基礎(chǔ)
　　1.2 數(shù)的表示及編碼
　　1.3 二進制運算
　　1.4 單片機系統(tǒng)組成原理
　　1.5 AT89S51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)
　　1.6 單片機的時序
　　1.7 AT89S51最小系統(tǒng)設(shè)計
　　習題
　第2章 匯編語言與程序設(shè)計
　　2.1 單片機編程語言概述
　　2.2 51系列單片機的匯編指令系統(tǒng)
　　2.3 指令系統(tǒng)
　　2.4 偽指令
　　2.6 常見程序的編寫
　　習題
　第3章 51單片機的C語言設(shè)計
　　3.1 概述
　　3.2 C語言程序設(shè)計
　　3.3 數(shù)組
　　3.4 函數(shù)
　　3.5 指針
　　3.6 位運算
　　3.8 混合編程
　　習題
　第4章 單片機的中斷系統(tǒng)
　　4.1 微機的輸入/ 輸出方式
　　4.2 中斷的概念
　　4.4 中斷應(yīng)用舉例
　　習題
　第5章 單片機的定時器/計數(shù)器
　　5.1 定時器/計數(shù)器的基本概念
　　5.2 定時器/計數(shù)器的工作方式和控制字
　　5.3 定時器/計數(shù)器的編程和應(yīng)用實例
　　習題
　第6章 并行總線擴展
　　6.1 總線的概念
　　6.2 并行RAM擴展
　　6.3 并行Flash存儲器擴展
　　6.4 并行I/O 擴展
　　6.5 系統(tǒng)鍵盤擴展
　　習題
　第7章 串行通信及接口
　　7.1 串行通信的基本原理
　　7.2 通信協(xié)議
　　7.3 51單片機串行口的結(jié)構(gòu)
　　7.4 串行I/O擴展
　　7.5 單機通信
　　7.6 通信程序的調(diào)試
　　習題
　第8章 A/D擴展
　　8.1 A/D的分類及工作原理
　　8.2 A/D的選型及指標
　　8.3 并行A/D的擴展
　　8.4 串行A/D的擴展
　　習題
　第9章 D/A擴展
　　9.1 D/A的分類和特性
　　9.2 D/A的選型及實用技術(shù)
　　9.3 并行D/A擴展
　　9.4 串行D/A擴展
　　習題
　第10章 教學(xué)實驗及開發(fā)調(diào)試環(huán)境
　　10.1 單片機系統(tǒng)開發(fā)
　　10.2 Keil 霽ision3編譯器的使用
　　10.3 在線下載
　　10.4 硬件調(diào)試系統(tǒng)
　　10.5 教學(xué)實驗
　　習題
　　
第2篇 應(yīng)用提高篇
　第11章 單片機應(yīng)用系統(tǒng)人機接口技術(shù)
　　11.1 PS/2設(shè)備接口
　　11.2 常用輸入接口
　　11.3 常用顯示器
　　11.4 PS/2鍵盤與液晶顯示實例
　第12章 單片機設(shè)備驅(qū)動新技術(shù)
　　12.1 I/O輸出驅(qū)動
　　12.2 步進電機的驅(qū)動
　　12.3 外部存儲設(shè)備的驅(qū)動
　　12.4 設(shè)計實例——非接觸IC卡讀/寫器設(shè)計
　　12.5 設(shè)計實例——地稅局自動蓋章 系統(tǒng)設(shè)計
　第13 章 單片機串行總線技術(shù)
　　13.1 I2C總線接口
　　13.2 RS?232總線
　　13.3 RS?422、RS?485總線
　　13.4 CAN總線
　　13.5 USB總線
　第14章 單片機系統(tǒng)硬件設(shè)計技術(shù)
　　14.1 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
　　14.2 系統(tǒng)硬、軟件的設(shè)計方法
　　14.3 單元電路的設(shè)計
　　14.4 單元電路的級聯(lián)
　　14.5 錄音系統(tǒng)設(shè)計實例
　第15 章 應(yīng)用軟件設(shè)計
　　15.1 應(yīng)用軟件設(shè)計的原則
　　15.2 模塊化設(shè)計技術(shù)
　　15.3 監(jiān)控程序
　第16章 嵌入式操作系統(tǒng)
　　16.1 RTOS操作系統(tǒng)簡介
　　16.2 RTOS操作系統(tǒng)的工作原理
　　16.3 RTX51函數(shù)
　　16.4 RTOS操作系統(tǒng)的應(yīng)用
　第17章 電源和抗干擾技術(shù)
　　17.1 電源設(shè)計
　　17.2 抗干擾技術(shù)
　　17.3 系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)
附錄 配套教學(xué)資源說明
參考文獻
　　　　

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   首先編寫和調(diào)試顯示模塊，正常工作后保存。顯示模塊的成功，會使初學(xué)者提高對余下程序的信心，實際等于成功一半了。然后可以調(diào)試鍵盤模塊，同時加上顯示模塊，增加幾句臨時語句使按下的鍵值能顯示出來。這兩個模塊成功后保存起來。以后就可以編寫和調(diào)試其他模塊，一塊一塊地添加起來，形成一個完整的程序。 ④程序N9調(diào)試成功的程序，會產(chǎn)生一個“filename.hex”的Intel十六進制格式文件，把這個文件送到“編程器／寫入器”中就可以將其固化到芯片內(nèi)EPROM、EEPROM、PROM、MCU中。寫入成功后，把芯片從“編程器／寫入器”上取下，再插到電路板上通電運行。設(shè)計基本結(jié)束。此后的工作是考驗電路板及程序在現(xiàn)場工作的情況，找出設(shè)計弱點進行改進。 10.1.2單片機系統(tǒng)的軟件調(diào)試工具 單片機軟件調(diào)試一般要經(jīng)過三個步驟：編譯、仿真、程序固化。所使用的工具分別是編澤器、仿真器、編程器。 1.編譯器 編譯器主要指能通過編譯、連接，完成將用戶程序轉(zhuǎn)換為單片機可執(zhí)行機器語言的程序。最早的單片機軟件開發(fā)的編譯環(huán)境都是以命令行方式輸人的。程序設(shè)計后，要通過編譯、連接和匯編命令來完成程序向機器語言的轉(zhuǎn)換過程。 近年來，編譯器功能不斷提高，不但可以完成編譯、連接和匯編工作，還可以完成軟件的仿真調(diào)試。目前，Keil公司推出的集成開發(fā)環(huán)境Keil Vision已經(jīng)取代MCS～51編譯器，成為最為廣泛的編譯器。Keil>Vision可以開發(fā)單片機C語言程序，也可以開發(fā)匯編語言程序和混合程序，能夠進行程序的仿真調(diào)試，還可以和一些硬件仿真器相連接，直接對目標板進行調(diào)試，功能非常強大，集成程度高，應(yīng)用方便。 2.仿真器 仿真器是在單片機應(yīng)用開發(fā)中常用的硬件設(shè)備之一。它的作用是在一定的開發(fā)環(huán)境下，將普通的微機仿真成一個特定的單片機。將仿真器插入目標板中單片機的位置，開發(fā)人員便能夠在普通微機上進行在線編程、在線運行以及在線調(diào)試，其運行結(jié)果與真實的單片機完全一樣。當開發(fā)人員將程序調(diào)試正確后，再將編譯好的程序通過編程器寫入單片機中。 仿真器最關(guān)鍵的性能指標是可仿真的單片機種類。早期的仿真器都只能仿真特定系列中特定型號的單片機，如80al／32、8051、8751或是PIC的單片機等，通用性不強，性能較低而且價格極為昂貴。近幾年新出的仿真器在仿真單片機的數(shù)量以及種類上已經(jīng)有了極大地增加，甚至仿真多個系列的單片機，如51系列、PIC系列等。在采用了CPLD等技術(shù)后，還可以通過軟件來增加新的仿真單片機，動態(tài)改變單片機的外部晶振頻率，實現(xiàn)邏輯分析儀功能等，價格也大幅下降。 此外，目前多數(shù)的單片機都支持在線編程，有的單片機甚至在內(nèi)部集成了簡單在線調(diào)試功能，配合相應(yīng)的軟件環(huán)境便能夠進行簡單在線調(diào)試，使用非常方便。

編輯推薦

《單片機原理及系統(tǒng)設(shè)計實用教程》可作為高等院校通信、控制、電工、電子、計算機等專業(yè)的教材；也可供從事單片機系統(tǒng)開發(fā)的工程技術(shù)人員學(xué)習使用。

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