單片機(jī)原理與應(yīng)用

前言

單片機(jī)在一塊芯片上同時(shí)集成了CPU、ROM、RAM以及多種外圍功能接口，具有體積小、價(jià)格低、功能強(qiáng)、可靠性高、使用方便靈活等特點(diǎn)。以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)各種智能化電子設(shè)備，周期短，成本低，易于更新?lián)Q代，維修方便，已成為電子設(shè)計(jì)中最普遍的應(yīng)用手段。目前，各種單片機(jī)開發(fā)工具層出不窮，英國(guó)Labcenter公司推出的Proteus軟件是一款極好的單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)，它以其特有的虛擬仿真技術(shù)很好地解決了單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)和協(xié)同仿真問(wèn)題，可以在沒(méi)有單片機(jī)實(shí)際硬件的條件下，利用PC進(jìn)行虛擬仿真實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。采用Proteus虛擬仿真技術(shù)，可以在原理圖設(shè)計(jì)階段對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)估，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路是否達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求，使設(shè)計(jì)過(guò)程變得簡(jiǎn)單容易。隨著單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的普及，希望學(xué)習(xí)單片機(jī)的人員越來(lái)越多。在全國(guó)高等工科院校中，已普遍開設(shè)單片機(jī)原理與應(yīng)用相關(guān)課程。由于單片機(jī)本身的特點(diǎn)，傳統(tǒng)教學(xué)方法很難在教學(xué)中體現(xiàn)單片機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程，尤其是一些涉及硬件的操作，如定時(shí)／計(jì)數(shù)器控制、外圍功能接口設(shè)計(jì)等，僅在課堂上講述很難讓學(xué)生理解，教學(xué)效果不好。利用Proteus虛擬仿真技術(shù)可以在教學(xué)中通過(guò)PC繪制原理圖，并直接在原理圖上編寫調(diào)試應(yīng)用程序，配合各種虛擬儀表來(lái)展現(xiàn)整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，很好地解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾單片機(jī)教學(xué)中軟件和硬件無(wú)法很好結(jié)合的難題。Proteus軟件已有20多年的歷史，涵蓋了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微處理器模型，以及多種常用電子元器件，包括74系列、CMOS4000系列集成電路、A／D和D／A轉(zhuǎn)換器、鍵盤、LCD顯示器、LED顯示器，還提供有示波器、邏輯分析儀、通信終端、電壓／電流表、I2c／SPI，終端等各種虛擬儀表，這些都可以直接用于虛擬仿真，極大地提高了應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率。在單片機(jī)教學(xué)中采用Proteus軟件，使單片機(jī)的學(xué)習(xí)過(guò)程變得直觀形象。基于原理圖的虛擬模型仿真，可實(shí)現(xiàn)源碼級(jí)的程序調(diào)試，還能看到程序運(yùn)行后的輸入／輸出效果。在PC上修改原理電路圖要比在實(shí)驗(yàn)箱上修改硬件電路容易得多。成功進(jìn)行虛擬仿真并獲得期望結(jié)果之后，再制作實(shí)際硬件進(jìn)行在線調(diào)試，可以獲得事半功倍的效果。學(xué)生普遍反映，利用Proteus軟件平臺(tái)學(xué)習(xí)單片機(jī)知識(shí)，比以往單純學(xué)習(xí)書本知識(shí)更易于接受，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量。本書在構(gòu)思及選材上突出了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法隨時(shí)代不斷發(fā)展進(jìn)步的特點(diǎn)，對(duì)虛擬仿真技術(shù)、c語(yǔ)言編程技術(shù)等做了詳盡闡述。全書共分為10章，第1章闡述8051單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及CP[J時(shí)序。第2章闡述Proteus虛擬仿真技術(shù)，介紹了在ISIS集成環(huán)境中繪制原理電路圖、匯編語(yǔ)言源代碼調(diào)試，以及與 Keil環(huán)境聯(lián)機(jī)仿真的方法。第3章闡述指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。第4章闡述Keil C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，介紹了：Keil c51的基本語(yǔ)句、數(shù)據(jù)類型、Keil c51對(duì)ANSI C的擴(kuò)展以及庫(kù)函數(shù)等。第5章闡述中斷系統(tǒng)與定時(shí)／計(jì)數(shù)器，介紹了它們的基本結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方法。

內(nèi)容概要

　　《單片機(jī)原理與應(yīng)用：基于Proteus虛擬仿真技術(shù)》首先對(duì)8051單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口等功能部件的工作原理做了完整介紹，在介紹8051指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)上闡述了匯編語(yǔ)言和Keil C51程序設(shè)計(jì)方法，然后詳細(xì)論述了系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)、模/數(shù)與數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口技術(shù)、鍵盤與顯示器接口技術(shù)，以實(shí)例方式介紹了在Proteus平臺(tái)上進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)虛擬仿真設(shè)計(jì)的方法，最后給出了大量在Proteus集成環(huán)境ISIS中繪制的原理電路圖、匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言應(yīng)用程序范例。所有范例均在Proteus軟件平臺(tái)上調(diào)試通過(guò)，可以直接運(yùn)行。　　《單片機(jī)原理與應(yīng)用：基于Proteus虛擬仿真技術(shù)》可作為高等院校工業(yè)自動(dòng)化、電子測(cè)量?jī)x器、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等相關(guān)專業(yè)單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的教學(xué)用書，也可作為廣大從事單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的工程技術(shù)人員的參考用書。

書籍目錄

前言第1章 8051單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.1 8051單片機(jī)的特點(diǎn)與基本結(jié)構(gòu)1.2 8051單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)1.3 CPU時(shí)序1.4 復(fù)位信號(hào)與復(fù)位電路1.5 并行I/O口的結(jié)構(gòu)思考題第2章 Proteus虛擬仿真2.1 集成環(huán)境ISIS2.2 繪制原理圖2.3 創(chuàng)建匯編語(yǔ)言源代碼仿真文件2.4 在原理圖中進(jìn)行源代碼仿真調(diào)試2.5 原理圖與Keil環(huán)境聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試思考題第3章 指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)3.1 指令助記符和字節(jié)數(shù)3.2 尋址方式3.2.1 寄存器尋址3.2.2 直接尋址3.2.3 立即尋址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 指令分類詳解3.3.1 算術(shù)運(yùn)算指令3.3.2 邏輯運(yùn)算指令3.3.3 數(shù)據(jù)傳送指令3.3.4 控制轉(zhuǎn)移指令3.3.5 位操作指令3.4 匯編語(yǔ)言程序格式與偽指令3.5 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)3.6 定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算子程序思考題第4章 KeilC51應(yīng)用程序設(shè)計(jì)4.1 KeilC51程序設(shè)計(jì)的基本語(yǔ)法4.1.1 KeilC51程序的一般結(jié)構(gòu)4.1.2 數(shù)據(jù)類型4.1.3 常量、變量及其存儲(chǔ)模式4.1.4 運(yùn)算符與表達(dá)式4.2 C51程序的基本語(yǔ)句4.2.1 表達(dá)式語(yǔ)句4.2.2 復(fù)合語(yǔ)句4.2.3 條件語(yǔ)句4.2.4 開關(guān)語(yǔ)句4.2.5 循環(huán)語(yǔ)句4.2.6 goto、break、continue語(yǔ)句4.2.7 返回語(yǔ)句4.3 函數(shù)4.3.1 函數(shù)的定義與調(diào)用4.3.2 中斷服務(wù)函數(shù)與寄存器組定義4.4 KeilC51編譯器對(duì)ANSIC的擴(kuò)展4.4.1 存儲(chǔ)器類型與編譯模式4.4.2 關(guān)于bit、sbit、sfr、sfr16數(shù)據(jù)類型4.4.3 一般指針與基于存儲(chǔ)器的指針及其轉(zhuǎn)換4.4.4 C51編譯器對(duì)ANSIC函數(shù)定義的擴(kuò)展4.5 C51編譯器的數(shù)據(jù)調(diào)用協(xié)議4.6 絕對(duì)地址訪問(wèn)4.6.1 采用擴(kuò)展關(guān)鍵字“_at_”或指針定義變量的絕對(duì)地址4.6.2 采用預(yù)定義宏指定變量的絕對(duì)地址4.7 KeilC51庫(kù)函數(shù)4.7.1 本征庫(kù)函數(shù)4.7.2 字符判斷轉(zhuǎn)換庫(kù)函數(shù)4.7.3 輸入輸出庫(kù)函數(shù)4.7.4 字符串處理庫(kù)函數(shù)4.7.5 類型轉(zhuǎn)換及內(nèi)存分配庫(kù)函數(shù)4.7.6 數(shù)學(xué)計(jì)算庫(kù)函數(shù)第5章 中斷系統(tǒng)與定時(shí)／計(jì)數(shù)器5.1 中斷的概念5.2 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與中斷控制5.3 中斷響應(yīng)5.4 中斷系統(tǒng)應(yīng)用舉例5.4.1 中斷源擴(kuò)展5.4.2 中斷嵌套5.5 定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作方式與控制5.6 定時(shí)／計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例5.6.1 初值和最大定時(shí)時(shí)間的計(jì)算5.6.2 定時(shí)器方式的應(yīng)用5.6.3 計(jì)數(shù)器方式的應(yīng)用5.7 利用定時(shí)器產(chǎn)生音樂(lè)思考題第6章 串行口通信技術(shù)6.1 串行通信方式6.2 串行口的工作方式與控制6.3 串行口應(yīng)用舉例6.3.1 串／并口轉(zhuǎn)換6.3.2 單片機(jī)之間的通信6.3.3 單片機(jī)與PC之間的通信思考題第7章 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展7.1 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展7.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展7.3 并行I／0端口擴(kuò)展7.4 利用I2C總線進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展7.5 8051單片機(jī)的節(jié)電工作方式7.5.1 空閑和掉電工作方式7.5.2 節(jié)電方式的應(yīng)用思考題第8章 模／數(shù)與數(shù)／模轉(zhuǎn)換接口技術(shù)8.1 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)8.2 數(shù)／模轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)8.2.1 無(wú)內(nèi)部鎖存器的DAC接口方法8.2.2 DAC0832與8051單片機(jī)的接口方法8.2.3 DAC1208與8051單片機(jī)的接口方法8.2.4 串行DAC與8051單片機(jī)的接口方法8.2.5 利用DAC接口實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器8.3 模／數(shù)轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)8.3.1 比較式ADc0809與8051單片機(jī)的接口方法8.3.2 積分式ADc7135與8051單片機(jī)的接口方法8.3.3 串行ADC與8051單片機(jī)的接口方法思考題第9章 鍵盤與顯示器接口技術(shù)9.1 LED顯示器接口技術(shù)9.1.1 7段LED數(shù)碼顯示器9.1.2 串行接口8位共陰極LED驅(qū)動(dòng)器MAx72199.2 鍵盤接口技術(shù)9.2.1 編碼鍵盤接口技術(shù)9.2.2 非編碼鍵盤接口技術(shù)9.2.3 鍵值分析9.3 8279可編程鍵盤／顯示器芯片接口技術(shù)9.3.1 8279的工作原理9.3.2 8279的數(shù)據(jù)輸入、顯示輸出及命令格式9.3.3 8279的接口方法9.4 液晶顯示器接口技術(shù)9.4.1 LCD的工作原理和驅(qū)動(dòng)方式9.4.2 點(diǎn)陣字符型液晶顯示模塊接口技術(shù)9.4.3 點(diǎn)陣圖型液晶顯示模塊接口技術(shù)思考題第10章 虛擬仿真設(shè)計(jì)實(shí)例10.1 數(shù)字多用儀表的設(shè)計(jì)10.1.1 功能要求10.1.2 硬件電路設(shè)計(jì)10.1.3 軟件程序設(shè)計(jì)10.2 紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)10.2.1 功能要求10.2.2 硬件電路設(shè)計(jì)10.2.3 軟件程序設(shè)計(jì)10.3 簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì)10.3.1 功能要求10.3.2 硬件電路設(shè)計(jì)10.3.3 軟件程序設(shè)計(jì)10.4 帶農(nóng)歷的電子萬(wàn)年歷設(shè)計(jì)10.4.1 功能要求10.4.2 硬件電路設(shè)計(jì)10.4.3 軟件程序設(shè)計(jì)思考題附錄附錄A 8051指令表附錄B Proteus中的常用元器件參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：雖然8051單片機(jī)芯片內(nèi)部集成了諸如定時(shí)器、串行口等功能部件，但是在應(yīng)用系統(tǒng)中，很多時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)片內(nèi)資源不夠用，這時(shí)就需要在單片機(jī)芯片外部擴(kuò)展必要的存儲(chǔ)器以及其他一些I／0端口，才能滿足實(shí)際需要。8051單片機(jī)沒(méi)有專門的外部地址、數(shù)據(jù)和控制總線，而是利用P0、P2和P3口的第二功能來(lái)實(shí)現(xiàn)外部三總線的，而且一旦進(jìn)行了外部擴(kuò)展，則P0和P2口就不能再用作輸入輸出端口了。所謂總線，就是連接系統(tǒng)中各擴(kuò)展部件的一組公共信號(hào)線，地址總線用于傳送單片機(jī)外部地址信號(hào)，以便進(jìn)行存儲(chǔ)器單元或I／O端口的選擇。地址總線是單向的，只能由單片機(jī)向外發(fā)送信息。地址總線的數(shù)目決定了可直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)器單元數(shù)目。例如，n位地址可以產(chǎn)生2n個(gè)連續(xù)地址編碼，因此可以訪問(wèn)2“個(gè)存儲(chǔ)器單元，即通常所說(shuō)的此時(shí)尋址范圍為2n個(gè)地址單元。8051單片機(jī)可以通過(guò)P0和P2口形成16根外部地址總線，因此8051外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展可達(dá)216個(gè)地址單元，即64KB。存儲(chǔ)器技術(shù)的發(fā)展是推動(dòng)單片機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要因素。目前，單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器正朝著大容量、多品種的方向發(fā)展。8051單片機(jī)片內(nèi)ROM的容量已從早期的4 KB發(fā)展到64 KB，片內(nèi)RAM容量也從128 B發(fā)展到2KB。片內(nèi)ROM的品種已從掩膜ROM。和EPROM發(fā)展到一次性編程ROM（OTP），特別是近年來(lái)快閃存儲(chǔ)器（FLASH MEMORY）的出現(xiàn)，為單片機(jī)提供了一種全新的片內(nèi)存儲(chǔ)器。FLASH存儲(chǔ)器為電可改寫，使用簡(jiǎn)單，并且可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）和在應(yīng)用中編程（IAP），不用將芯片從印制電路板上取下、不用專門的編程器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)其片內(nèi)ROM內(nèi)容的改寫，極大地方便了應(yīng)用工程師的設(shè)計(jì)和修改工作。采用新一代FLASH.單片機(jī)，結(jié)合Proteus虛擬仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)可以先采用虛擬仿真方式，當(dāng)仿真基本完成后再將程序下載到FLASH單片機(jī)中，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行來(lái)檢驗(yàn)仿真的正確性。

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