單片機(jī)技術(shù)及工程實(shí)踐

前言

“單片機(jī)技術(shù)”是一門與工程應(yīng)用實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，其涉及面廣、通用性強(qiáng)、工程應(yīng)用創(chuàng)新成果多，已成為電子科技和自動(dòng)控制系統(tǒng)中最普遍的應(yīng)用手段，并且在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、研究生論文課題、學(xué)生課外科技活動(dòng)以及各個(gè)級(jí)別的電子設(shè)計(jì)大賽中發(fā)揮著重要作用。用單片機(jī)系統(tǒng)解決各類自動(dòng)控制問(wèn)題已成為趨勢(shì)。20世紀(jì)，51系列單片機(jī)的出現(xiàn)，確立了單片機(jī)作為微控制器的地位，今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)8位單片機(jī)的主流地位不會(huì)改變。對(duì)于初學(xué)者而言，先從入門級(jí)的51系列單片機(jī)學(xué)起，是公認(rèn)的學(xué)習(xí)方法，很多特殊的單片機(jī)都是在51單片機(jī)內(nèi)核基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)充的。很多書籍通常都詳細(xì)講述了單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，但學(xué)生更希望知道如何運(yùn)用學(xué)到的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，如何進(jìn)行工程應(yīng)用的構(gòu)思和設(shè)計(jì)，又能在實(shí)際運(yùn)用中對(duì)單片機(jī)知識(shí)加深理解和開拓視野，從而啟發(fā)思維、指導(dǎo)學(xué)習(xí)和創(chuàng)新。本書引用工程實(shí)例進(jìn)行思路剖析，結(jié)合科研經(jīng)歷豐富內(nèi)容，重運(yùn)用、重器件、強(qiáng)調(diào)實(shí)施能力。要使單片機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)從入門進(jìn)階到運(yùn)用自如，必須要多思考、多看電路圖、多讀程序、多編程序、多查技術(shù)手冊(cè)，多動(dòng)手實(shí)踐，也就是說(shuō)，知識(shí)結(jié)合工程實(shí)現(xiàn)，才能達(dá)到得心應(yīng)手掌握這門技術(shù)的目標(biāo)，本書具有這種特色。本書內(nèi)容共9章分為三個(gè)層次，從第1～6章屬于基礎(chǔ)部分的學(xué)習(xí)。第7章為單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐部分，所提供的示例和思考方法都與基礎(chǔ)原理緊密結(jié)合，且配備匯編語(yǔ)言程序及c語(yǔ)言程序供對(duì)照參考，通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以加深基礎(chǔ)知識(shí)的理解和培養(yǎng)實(shí)踐能力，很適合希望借鑒書中的示例進(jìn)一步掌握單片機(jī)技術(shù)、體驗(yàn)工程應(yīng)用的學(xué)生。對(duì)于基礎(chǔ)較好、能力較強(qiáng)，希望靈活運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)并有所創(chuàng)新的學(xué)生，可進(jìn)入第8、9章單片機(jī)技術(shù)進(jìn)階及串行總線擴(kuò)展技術(shù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，這兩章結(jié)合科研實(shí)踐中有代表性的電路范例，著重于單片機(jī)技術(shù)的工程運(yùn)用。全書各層次的內(nèi)容既獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，可根據(jù)不同的教學(xué)要求進(jìn)行部分或全部的講授。每章均配有練習(xí)和思考題，特別是第7～9章的習(xí)題，結(jié)合工程項(xiàng)目示例進(jìn)行訓(xùn)練，旨在提高學(xué)生的工程意識(shí)和工程能力。本書可作為工科院校本科生單片機(jī)課程的教材，也可供研究生學(xué)習(xí)以及從事單片機(jī)技術(shù)培訓(xùn)、開發(fā)和應(yīng)用的工程技術(shù)人員閱讀參考。藉此對(duì)本書工作給予大力協(xié)助的研究生表示感謝。其中，林上港組建了全書的實(shí)驗(yàn)電路并對(duì)其功能進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證，為第7章實(shí)驗(yàn)電路的匯編語(yǔ)言程序編寫了對(duì)應(yīng)的c語(yǔ)言程序，對(duì)全書各章節(jié)的文字內(nèi)容進(jìn)行了細(xì)致的潤(rùn)色和修校，使之通俗易懂；劉文哲、鄭元華為第9章的實(shí)驗(yàn)電路編寫了c語(yǔ)言程序并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。另外，感謝工程師張小玲錄入全書的文字以及繪制第8章和第9章部分附圖所付出的辛勤勞動(dòng)。本書參考或引用了所列國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)中的一些內(nèi)容，在此向原作者表示感謝。最后，感謝華南理工大學(xué)電子與信息學(xué)院對(duì)本書出版的大力支持。作者力圖使本書成為與工程實(shí)踐相結(jié)合的教材，由于時(shí)間倉(cāng)促，書中難免有不足或差錯(cuò)之處，敬請(qǐng)讀者和同行批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

51系列單片機(jī)是應(yīng)用得最廣泛、最適合初學(xué)者學(xué)習(xí)的單片機(jī)。本書結(jié)合工程實(shí)踐系統(tǒng)地介紹了單片機(jī)技術(shù)原理及其應(yīng)用?！　∪珪?章，內(nèi)容分為三個(gè)層次。第1～6章為基礎(chǔ)部分，介紹了單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、內(nèi)部功能、總線擴(kuò)展、外圍接口和調(diào)試方法。第7章為單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐部分，所提供的示例和思考方法都與基礎(chǔ)原理緊密結(jié)合，通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以加深基礎(chǔ)知識(shí)的理解和培養(yǎng)實(shí)踐能力。第8、9章對(duì)工程應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題開展單片機(jī)技術(shù)的進(jìn)階學(xué)習(xí)和串行總線擴(kuò)展技術(shù)的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，以提高對(duì)單片機(jī)技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用能力。本書融合了作者多年的教學(xué)和科研實(shí)踐以及工程經(jīng)驗(yàn)，書中內(nèi)容和技術(shù)資料豐富，提供的實(shí)例全部通過(guò)驗(yàn)證，并附有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的程序源代碼供對(duì)照參考，讀者也可根據(jù)不同層次的需求來(lái)選擇學(xué)習(xí)?！　”緯瓤勺鳛楣た圃盒１究粕鷨纹瑱C(jī)課程的教材，也可供研究生學(xué)習(xí)以及從事單片機(jī)技術(shù)培訓(xùn)、開發(fā)和應(yīng)用的工程技術(shù)人員閱讀參考。

書籍目錄

前言 第1章　51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)　1.1　單片機(jī)概述 　　1.1.1　微型計(jì)算機(jī)的基本功能構(gòu)件 　　1.1.2　單片機(jī)的發(fā)展概況 　　1.1.3　51系列8位單片機(jī)的基本類型 　1.2　51系列單片機(jī)芯片結(jié)構(gòu) 　　1.2.1　51系列單片機(jī)基本組成結(jié)構(gòu) 　　1.2.2　51系列單片機(jī)的引腳及其功能 　1.3　51系列單片機(jī)的中央處理器 　　1.3.1　運(yùn)算部件 　　1.3.2　控制部件 　　1.3.3　CPU的工作時(shí)序 　1.4　存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)空間 　　1.4.1　程序存儲(chǔ)器 　　1.4.2　片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 　　1.4.3　特殊功能寄存器 　　1.4.4　片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 　1.5　并行I/O接口 　　1.5.1　P0口的結(jié)構(gòu)及功能 　　1.5.2　P1口的結(jié)構(gòu)及功能 　　1.5.3　P2口的結(jié)構(gòu)及功能 　　1.5.4　P3口的結(jié)構(gòu)及功能 　　1.5.5　I/O口的帶載能力及要求 　1.6　51系列單片機(jī)的工作方式 　　1.6.1　復(fù)位方式 　　1.6.2　程序執(zhí)行方式 　　1.6.3　低功耗方式 　　1.6.4　編程方式 　　1.6.5　加密方法 　練習(xí)與思考 第2章　指令系統(tǒng) 　2.1　指令系統(tǒng)概述 　　2.1.1　指令格式 　　2.1.2　指令分類 　　2.1.3　符號(hào)說(shuō)明 　2.2　尋址方式 　　2.2.1　立即尋址 　　2.2.2　直接尋址 　　2.2.3　寄存器尋址 　　2.2.4　寄存器間接尋址 　　2.2.5　基址加變址間接尋址 　　2.2.6　相對(duì)尋址 　　2.2.7　位尋址 　2.3　指令系統(tǒng)及應(yīng)用 　　2.3.1　數(shù)據(jù)傳輸類指令 　　2.3.2　算術(shù)運(yùn)算類指令 　　2.3.3　邏輯運(yùn)算類指令 　　2.3.4　控制轉(zhuǎn)移類指令 　　2.3.5　位操作類指令 　2.4　偽指令 　2.5　部分指令用法說(shuō)明 　練習(xí)與思考 第3章　51系列單片機(jī)內(nèi)部功能 　3.1　定時(shí)器/計(jì)數(shù)器功能 　　3.1.1　定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的結(jié)構(gòu)及原理 　　3.1.2　定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的工作模式 　　3.1.3　定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T 　　3.1.4　定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化 　　3.1.5　利用門控位GATE測(cè)量脈沖寬度 　3.2　中斷系統(tǒng)功能 　　3.2.1　中斷源和中斷向量 　　3.2.2　中斷控制 　　3.2.3　中斷響應(yīng) 　　3.2.4　中斷服務(wù)程序及其初始化 　　3.2.5　運(yùn)用中斷功能的程序單步調(diào)試 　3.3　串行口通信功能 　　3.3.1　串行通信基本知識(shí) 　　3.3.2　串行口控制器 　　3.3.3　串行口的工作方式 　　3.3.4　串行口的多機(jī)通信 　　3.3.5　串行通信的波特率 　　　　3.3.6　異步通信的奇偶校驗(yàn) 　　3.3.7　串行口的通信應(yīng)用 　練習(xí)與思考 第4章　并行總線擴(kuò)展技術(shù) 第5章　外圍接口技術(shù) 第6章　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試 第7章　單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐第8章　單片機(jī)工程技術(shù)進(jìn)階 第9章　串行總線擴(kuò)展技術(shù) 附錄 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（4）32位單片機(jī)近年來(lái)各個(gè)芯片生產(chǎn)廠商著力于研制性能更高的32位單片機(jī)，但由于控制領(lǐng)域的需求不迫切，因此32位單片機(jī)的應(yīng)用并不廣泛。單片機(jī)的發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的4位、8位、16位單片機(jī)，由于各自的特點(diǎn)對(duì)應(yīng)于各自的應(yīng)用領(lǐng)域和場(chǎng)合，因此不存在高端產(chǎn)品淘汰或替代低端產(chǎn)品的情況。這是因?yàn)楣こ虘?yīng)用中要考慮成本因素，在低端單片機(jī)能完成所需功能的情況下，就沒(méi)有必要采用高端單片機(jī)，例如在8位機(jī)的發(fā)展時(shí)期，考慮到4位單片機(jī)工藝成熟、價(jià)格低廉，仍有不少進(jìn)口儀器儀表采用4位單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。總的說(shuō)來(lái)，單片機(jī)各種機(jī)種均有不同程度的應(yīng)用，尤其8位單片機(jī)的性能在不斷地增強(qiáng)和提高，所以在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)8位單片機(jī)在中小規(guī)模的應(yīng)用場(chǎng)合仍占據(jù)主流位置。2.單片機(jī)的特點(diǎn)以MCS－51系列單片機(jī)為例，其結(jié)構(gòu)有別于通用微機(jī)，主要特點(diǎn)如下：1）單片機(jī)的ROM（程序存儲(chǔ)器）和RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）分開成為兩個(gè)嚴(yán)格獨(dú)立的地址空間，各自采用不同的尋址方式。對(duì)于面向工業(yè)控制的應(yīng)用，存放程序的ROM空間要求較大而存放數(shù)據(jù)的RAM空間則相對(duì)要求較小。2）單片機(jī)的指令系統(tǒng)主要面向控制，在邏輯控制和位控制方面顯得更強(qiáng)，可由相應(yīng)的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)功能的選擇和控制的切換而不必依靠硬件跳線。3）單片機(jī)的IO口線可通過(guò)程序的控制實(shí)現(xiàn)雙功能復(fù)用，能夠有效解決有限引腳數(shù)目與更多功能設(shè)置之間的矛盾。4）單片機(jī)的外部擴(kuò)展功能很強(qiáng)，接口與許多通用的微機(jī)芯片兼容，能對(duì)ROM、RAM、IO口等進(jìn)行擴(kuò)展。3.常用單片機(jī)系列單片機(jī)發(fā)展至今已達(dá)幾十個(gè)系列、幾百種型號(hào)。其中，MCS是Intel公司的注冊(cè)商標(biāo)，MCS.51系列中的第一位成員是8051單片機(jī)，Intel公司把基于8051內(nèi)核的單片機(jī)統(tǒng)稱為MCS.51系列。人們現(xiàn)在泛指的8051系列單片機(jī)，是包括了Intel公司在內(nèi)的所有公司如Philips、Atmel、Winbond、Siemens、AMD、OKI、NEC等生產(chǎn)的基于8051內(nèi)核的單片機(jī)。此外還有80C51系列單片機(jī)，采用了與8051系列HMOS工藝不同的低功耗型CHMOS工藝，它的增強(qiáng)型版本是80C52系列單片機(jī)。本書把上述所有單片機(jī)統(tǒng)稱為51系列單片機(jī)。除了基于8051內(nèi)核的51系列單片機(jī)外，還有另外一些常見的系列，如68H系列、PIC16系列等，但它們的指令系統(tǒng)與51系列的均不兼容。鑒于51系列單片機(jī)程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能可靠、實(shí)用性強(qiáng)、便于初學(xué)者學(xué)習(xí)入門，本書把它作為學(xué)習(xí)討論的重點(diǎn)。在51系列單片機(jī)中，Intel公司的MCS一51系列單片機(jī)和Atmel公司的AT$9系列單片機(jī)是相互兼容的，它們均屬于8051內(nèi)核。不同的是前者的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器為掩膜ROM或EPROM（紫外光擦寫）存儲(chǔ)器，而后者則是Flash（閃速）存儲(chǔ)器，使用起來(lái)后者更為方便，因此目前被廣泛采用。本書所述內(nèi)容所指的主要是這兩種系列，不加區(qū)分。

編輯推薦

《單片機(jī)技術(shù)及工程實(shí)踐》：新世紀(jì)電子信息平臺(tái)課程系列教材。

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