單片機原理及接口技術(shù)

前言

單片機自20世紀70年代問世以來，已對人類社會產(chǎn)生了巨大的影響。尤其是美國Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機，由于其具有集成度高、處理功能強、可靠性高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、易于使用等優(yōu)點，在工業(yè)控制、智能儀器儀表、辦公室自動化、家用電器等諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在與MCS-51單片機兼容的各種增強型、擴展型等多種衍生單片機產(chǎn)品中，美國ATMEL公司推出的AT89C5x系列單片機在我國的8位單片機市場中占有比較大的份額。盡管AT89C5x系列單片機有多種機型，但是掌握好其中的基本型AT89C51單片機是十分重要的，因為它是目前替代MCS-51系列單片機的主要芯片之一，具有典型性、代表性，同時也是各種增強型、擴展型等衍生產(chǎn)品的基礎(chǔ)。估計在今后若干年內(nèi)，它們?nèi)允俏覈?位單片機應(yīng)用領(lǐng)域的主流機型。因此，本書重點介紹AT89C51單片機及各種接口設(shè)計與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。作者本人是哈爾濱工業(yè)大學的國家精品課程“單片機原理”的課程負責人，本書內(nèi)容更是融入了本人多年來從事單片機原理課程教學工作以及科研工作的經(jīng)驗體會。為使本書具有良好的可讀性和實用性，在編寫時，作者重點考慮了如下問題。（1）注重原理與應(yīng)用相結(jié)合。避免僅從原理上對AT89C51單片機進行介紹，本書不僅詳細介紹各種硬件接口的設(shè)計，而且對如何進行系統(tǒng)設(shè)計也做了詳細介紹，并給出實例，使學生能迅速掌握常用的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計方法。（2）突出了內(nèi)容的實用性、典型性。書中所介紹的各種設(shè)計方案，均為常用的典型方案，并提供了大量的接口設(shè)計實例及程序?qū)嵗?，非常有利于學生提高設(shè)計工作的效率。（3）對單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中用到的新器件也做了詳細介紹。（4）為便于自學，本書力求文字精練，通俗易懂，深入淺出。各章均有思考題與習題，供學生鞏固、消化、理解課堂所學內(nèi)容之用。（5）便于實踐教學?？紤]到培養(yǎng)和提高學生的實際動手能力的重要性，附錄A介紹了10個基礎(chǔ)實驗，參考學時為10學時。附錄B給出了25個課程設(shè)計題目，教師可根據(jù)實際條件來選擇。（6）本書為任課教師免費提供電子課件。教師也可登錄哈爾濱工業(yè)大學精品課程網(wǎng)站來獲得所需的教學資源。全書共分13章，第1-7章著重從應(yīng)用設(shè)計角度介紹AT89C51單片機的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)及片內(nèi)各功能部件。第8-11章介紹AT89C51單片機與存儲器、I／O、鍵盤、顯示器、微型打印機、D／A轉(zhuǎn)換器、A／D轉(zhuǎn)換器的各種接口設(shè)計。不僅介紹硬件接口電路的設(shè)計，還對各種接El的驅(qū)動程序設(shè)計也做了介紹。

內(nèi)容概要

　　本書詳細介紹了與MCS-51單片機兼容的AT89C51單片機的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)及工作原理，并從應(yīng)用設(shè)計的角度介紹AT89C51單片機的各種硬件接口設(shè)計、匯編語言接口驅(qū)動程序設(shè)計和AT89C51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。本書緊緊抓住接口設(shè)計這一主線，突出內(nèi)容的實用性、典型性。另外，本書在附錄中還給出了實踐教學環(huán)節(jié)的10個基礎(chǔ)實驗和25個課程設(shè)計題目，供課程的實踐教學環(huán)節(jié)選用?！　”緯勺鳛楦黝惞た圃盒９I(yè)自動化、智能儀器儀表、計算機、電子技術(shù)、自動控制、電氣工程、機電一體化等專業(yè)單片機課程的教材，也可供從事單片機應(yīng)用設(shè)計的工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

張毅剛，教授，黑龍江省教學名師，國家精品課程“單片機原理”負責人。1982年2月畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學無線電技術(shù)專業(yè)，長期從事“單片機原理及應(yīng)用”、“計算機自動測試”等課程的教學工作，編著并出版十余本有關(guān)《單片機原理及應(yīng)用》課程的教材及專著，其中普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材一本、“十一五”國家級規(guī)劃教材麗本，全國工科電子類統(tǒng)編教材一本。主要研究方向為微控制器技術(shù)應(yīng)用、虛擬儀器技術(shù)、電子測量等。參加并完成多項科研項目，獲國家科技進步二等獎一項，航天部、國防科工委科技進步獎多項。

書籍目錄

第1章　單片機概述　　1.1　什么是單片機？　　1.2　單片機的發(fā)展歷史　　1.3　單片機的發(fā)展趨勢　　1.4　單片機的特點　　1.5　單片機的應(yīng)用　　1.6　MCS-51系列與AT89C5x系列單片機　　　1.6.1　MCS-51系列單片機　　　1.6.2　AT89C5x系列單片機　　本章小結(jié)　　思考題及習題　第2章　AT89C51單片機片內(nèi)硬件結(jié)構(gòu)　　2.1　AT89C51單片機的硬件組成　　2.2　AT89C51單片機的引腳介紹　　　2.2.1　電源及時鐘引腳　　　2.2.2　控制引腳　　　2.2.3　并行I/O口引腳　　2.3　AT89C51單片機的CPU　　　2.3.1　運算器　　　2.3.2　控制器　　2.4　AT89C51單片機存儲器的結(jié)構(gòu)　　　2.4.1　程序存儲器空間　　　2.4.2　數(shù)據(jù)存儲器空間　　　2.4.3　特殊功能寄存器　　　2.4.4　位地址空間　　2.5　AT89C51單片機的并行I/O端口　　　2.5.1　P0口　　　2.5.2　P1口　　　2.5.3　P2口　　　2.5.4　P3口　　2.6　時鐘電路與時序　　　2.6.1　時鐘電路　　　2.6.2　機器周期、指令周期與指令時序　　2.7　復(fù)位操作和復(fù)位電路　　　2.7.1　復(fù)位操作　　　2.7.2　復(fù)位電路　　本章小結(jié)　　思考題及習題　第3章　AT89C51單片機的指令系統(tǒng)　　3.1　指令系統(tǒng)概述　　3.2　指令格式　　3.3　指令系統(tǒng)的尋址方式　　3.4　AT89C51單片機指令系統(tǒng)分類介紹　　　3.4.1　數(shù)據(jù)傳送類指令　　　3.4.2　算術(shù)運算類指令　　　3.4.3　邏輯操作類指令　　　3.4.4　控制轉(zhuǎn)移類指令　　　3.4.5　位操作類指令　　本章小結(jié)　　思考題及習題　第4章　AT89C51單片機匯編語言程序設(shè)計　　4.1　匯編語言程序設(shè)計概述　　　4.1.1　機器語言、匯編語言和高級語言　　　4.1.2　匯編語言語句和格式　　　4.1.3　偽指令　　4.2　匯編語言源程序的匯編　　　4.2.1　手工匯編　　　4.2.2　機器匯編　　4.3　AT89C51單片機匯編語言程序設(shè)計舉例　　　4.3.1　子程序的設(shè)計　　　4.3.2　查表程序設(shè)計　　　4.3.3　關(guān)鍵字查找程序設(shè)計　　　4.3.4　數(shù)據(jù)極值查找程序設(shè)計　　　4.3.5　數(shù)據(jù)排序程序設(shè)計　　　4.3.6　分支轉(zhuǎn)移程序設(shè)計　　　4.3.7　循環(huán)程序設(shè)計　　本章小結(jié)　　思考題及習題　第5章　AT89C51單片機的中斷系統(tǒng)　　5.1　AT89C51單片機中斷技術(shù)概述　　5.2　AT89C51單片機中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　　　5.2.1　中斷請求源　　　5.2.2　中斷請求標志寄存器　　5.3　中斷控制　　　5.3.1　中斷允許寄存器IE　　　5.3.2　中斷優(yōu)先級寄存器IP　　5.4　響應(yīng)中斷請求的條件　　5.5　外部中斷的響應(yīng)時間　　5.6　外部中斷的觸發(fā)方式選擇　　　5.6.1　電平觸發(fā)方式　　　5.6.2　跳沿觸發(fā)方式　　5.7　中斷請求的撤銷　　5.8　中斷服務(wù)子程序的設(shè)計　　5.9　多外部中斷源系統(tǒng)設(shè)計　　本章小結(jié)　　思考題及習題　第6章　AT89C51單片機的定時器/計數(shù)器　　6.1　定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)　　　6.1.1　工作方式控制寄存器TMOD　　　6.1.2　定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON　　6.2　定時器/計數(shù)器的4種工作方式　　　6.2.1　方式0　　　6.2.2　方式1　　　6.2.3　方式2　　　6.2.4　方式3　　6.3　計數(shù)器模式下對輸入信號的要求　　6.4　定時器/計數(shù)器的編程和應(yīng)用　　　6.4.1　方式1的應(yīng)用　　　6.4.2　方式2的應(yīng)用　　　6.4.3　方式3的應(yīng)用　　　6.4.4　門控制位GATEx的應(yīng)用——測量脈沖寬度　　　6.4.5　實時時鐘的設(shè)計　　　6.4.6　定時器/計數(shù)器作為外部中斷源的使用方法　　本章小結(jié)　　思考題及習題　第7章　AT89C51單片機的串行口　　7.1　串行口的結(jié)構(gòu)　　　7.1.1　串行口控制寄存器SCON　　　7.1.2　特殊功能寄存器PCON　　7.2　串行口的4種工作方式　　　7.2.1　方式0　　　7.2.2　方式1　　　7.2.3　方式2　　　7.2.4　方式3　　7.3　多機通信的工作原理　　7.4　波特率的制定方法　　　7.4.1　波特率的定義　　　7.4.2　定時器T1產(chǎn)生波特率的計算　　7.5　串行口的編程和應(yīng)用　　　7.5.1　雙機串行通信硬件接口　　　7.5.2　雙機串行通信軟件編程　　本章小結(jié)　　思考題及習題　第8章　AT89C51單片機擴展存儲器的接口設(shè)計　　8.1　系統(tǒng)擴展結(jié)構(gòu)　　8.2　地址空間分配和外部地址鎖存器　　　8.2.1　存儲器地址空間分配　　　8.2.2　外部地址鎖存器　　8.3　程序存儲器EPROM的擴展　　　8.3.1　常用的EPROM芯片　　　8.3.2　程序存儲器的操作時序　　　8.3.3　AT89C51單片機與EPROM的接口電路設(shè)計　　8.4　靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器RAM的擴展　　　8.4.1　常用的靜態(tài)RAM(SRAM)芯片　　　8.4.2　外擴數(shù)據(jù)存儲器的讀寫操作時序　　　8.4.3　AT89C51單片機與RAM的接口電路設(shè)計　　8.5　EPROM和RAM的綜合擴展　　　8.5.1　綜合擴展的硬件接口電路　　　8.5.2　外擴存儲器電路的工作原理及軟件設(shè)計　　8.6　AT89C51/89C52/89C55單片機的片內(nèi)閃爍存儲器　　本章小結(jié)　　思考題及習題　第9章　AT89C51單片機擴展I/O接口的設(shè)計　　9.1　I/O接口擴展概述　　　9.1.1　I/O接口的功能　　　9.1.2　I/O端口的編址　　　9.1.3　I/O數(shù)據(jù)的傳送方式　　　9.1.4　I/O接口電路　　9.2　AT89C51單片機與可編程并行I/O芯片82C55的接口設(shè)計　　　9.2.1　C55芯片簡介　　　9.2.2　工作方式選擇控制字及端口PC置位/復(fù)位控制字　　　9.2.3　C55的3種工作方式　　　9.2.4　AT89C51單片機和82C55的接口設(shè)計　　9.3　AT89C51單片機與可編程RAM/IO芯片81C55的接口設(shè)計　　　9.3.1　C55芯片介紹　　　9.3.2　C55的工作方式　　　9.3.3　AT89C51單片機與81C55的接口設(shè)計及軟件編程　　9.4　利用74LSTTL電路擴展并行I/O口　　9.5　用AT89C51單片機的串行口擴展并行口　　　9.5.1　用74LS165擴展并行輸入口　　　9.5.2　用74LS164擴展并行輸出口　　本章小結(jié)　　思考題及習題　第10章　AT89C51單片機與輸入外設(shè)和輸出外設(shè)的接口設(shè)計　　10.1　LED顯示器的顯示原理　　　10.1.1　LED顯示器的結(jié)構(gòu)　　　10.1.2　LED顯示器工作原理　　10.2　鍵盤接口原理　　　10.2.1　鍵盤輸入應(yīng)解決的問題　　　10.2.2　鍵盤接口的工作原理　　　10.2.3　鍵盤的工作方式　　10.3　鍵盤/顯示器接口設(shè)計實例　　　10.3.1　利用AT89C51單片機串行口實現(xiàn)的鍵盤/顯示器接口　　　10.3.2　專用芯片HD7279A實現(xiàn)的鍵盤/顯示器接口　　10.4　AT89C51單片機與液晶顯示器(LCD)的接口　　　10.4.1　LCD顯示器的分類　　　10.4.2　點陣字符型液晶顯示模塊介紹　　　10.4.3　AT89C51單片機與LCD的接口及軟件編程　　10.5　AT89C51單片機與微型打印機TPmP-40A/16A的接口　　10.6　AT89C51單片機與BCD碼撥盤的接口設(shè)計　　本章小結(jié)　　思考題及習題　第11章　AT89C51單片機與D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的接口　　11.1　AT89C51單片機與DAC的接口　　　11.1.1　D/A轉(zhuǎn)換器概述　　　11.1.2　AT89C51單片機與8位DAC0832的接口設(shè)計　　　11.1.3　AT89C51單片機與12位D/A轉(zhuǎn)換器AD667的接口設(shè)計　　11.2　AT89C51單片機與ADC的接口　　　11.2.1　A/D轉(zhuǎn)換器概述　　　11.2.2　AT89C51單片機與逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的接口　　　11.2.3　AT89C51單片機與逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器AD1674的接口設(shè)計　　　11.2.4　AT89C51單片機與雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器MC14433的接口　　本章小結(jié)　　思考題及習題　第12章　單片機的串行擴展技術(shù)　　12.1　單總線接口簡介　　12.2　SPI總線接口簡介　　12.3　I2C串行總線的組成及工作原理　　　12.3.1　I2C串行總線概述　　　12.3.2　I2C總線的數(shù)據(jù)傳送　　12.4　AT89C51單片機擴展I2C總線器件的接口設(shè)計　　　12.4.1　I2C總線器件的擴展接口電路　　　12.4.2　I2C總線數(shù)據(jù)傳送的模擬　　　12.4.3　I2C總線模擬通用子程序　　本章小結(jié)　　思考題及習題　第13章　AT89C51單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試　　13.1　AT89C51單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計步驟　　13.2　應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計　　13.3　AT89C51單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計　　　13.3.1　應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中的地址空間分配與總線驅(qū)動　　　13.3.2　AT89C51單片機的最小系統(tǒng)　　　13.3.3　應(yīng)用設(shè)計舉例——水溫測控系統(tǒng)的硬件設(shè)計　　13.4　應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計　　　13.4.1　軟件設(shè)計考慮的問題　　　13.4.2　系統(tǒng)軟件的總體框架設(shè)計　　13.5　軟件的抗干擾設(shè)計　　　13.5.1　軟件濾波　　　13.5.2　指令冗余及軟件陷阱　　　13.5.3　開關(guān)量輸入/輸出軟件抗干擾設(shè)計　　13.6　單片機應(yīng)用系統(tǒng)的仿真開發(fā)與調(diào)試　　　13.6.1　仿真開發(fā)系統(tǒng)簡介　　　13.6.2　用戶樣機的開發(fā)調(diào)試　　本章小結(jié)　　思考題及習題　附錄A　基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)　　實驗1　熟悉單片機實驗開發(fā)系統(tǒng)的使用　　實驗2　單片機數(shù)據(jù)區(qū)傳送程序設(shè)計　　實驗3　數(shù)據(jù)排序?qū)嶒灐　嶒?　查找相同數(shù)個數(shù)　　實驗5　P1口轉(zhuǎn)彎燈實驗　　實驗6　工業(yè)順序控制　　實驗7　C55控制交通燈　　實驗8　A/D轉(zhuǎn)換實驗　　實驗9　D/A轉(zhuǎn)換實驗　　實驗10　電子時鐘（定時器、中斷綜合實驗）附錄B　課程設(shè)計　　題目1　LED顯示的電子鐘　　題目2　LCD顯示的電子鐘　　題目3　秒表設(shè)計　　題目4　帶有LCD顯示的定時鬧鐘　　題目5　帶有LCD顯示的音樂倒數(shù)計數(shù)器　　題目6　數(shù)字溫度計設(shè)計1　　題目7　數(shù)字溫度計設(shè)計2　　題目8　十字路口交通燈控制1　　題目9　十字路口交通燈控制2　　題目10　波形發(fā)生器的設(shè)計　　題目11　電容、電阻參數(shù)單片機測試系統(tǒng)的設(shè)計　　題目12　用單片機控制直流電動機并測量轉(zhuǎn)速　　題目13　單片機控制步進電機　　題目14　步進電機單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計　　題目15　小直流電機調(diào)速控制系統(tǒng)　　題目16　以單片機為核心的頻率計　　題目17　可編程作息時間控制器程序設(shè)計　　題目18　單詞記憶測試器程序設(shè)計　　題目19　位競賽搶答器的設(shè)計　　題目20　節(jié)日彩燈控制器的設(shè)計　　題目21　單片機數(shù)字電壓表設(shè)計　　題目22　兩個單片機之間的串行通信接口設(shè)計　　題目23　簡易電子琴設(shè)計　　題目24　數(shù)字音樂盒的設(shè)計　　題目25　出租車計價器　參考文獻　

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　單片機概述【內(nèi)容概要】本章介紹有關(guān)單片機的基礎(chǔ)知識，單片機的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢以及單片機的應(yīng)用領(lǐng)域。此外，還對8位單片機應(yīng)用的主流機型：Intel公司的MCS-51系列單片機以及與其兼容的單片機，做一簡要介紹。尤其是美國ATMEL公司的AT89C51單片機在我國的8位單片機的應(yīng)用中，占有相當大的市場份額，已經(jīng)成為與MCS-51系列單片機相兼容的單片機的典型機型，這也是本書所要介紹的機型。本章也對AT89C51單片機以及AT89C5x系列產(chǎn)品做一簡單介紹，以使讀者對其有初步的了解。單片機自20世紀70年代問世以來，已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動化、自動檢測與控制、智能儀器儀表、機電一體化設(shè)備、汽車電子、家用電器等各個方面。那么，什么是單片機呢？1.1 什么是單片機？單片機就是在一片半導(dǎo)體硅片上集成了中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM/ROM）和各種I/O接口的微型計算機。這樣一塊集成電路芯片具有一臺微型計算機的屬性，因而被稱為單片微型計算機，簡稱單片機。單片機主要應(yīng)用于測試和控制領(lǐng)域。由于單片機在使用時，通常是處于測控系統(tǒng)的核心地位并嵌入其中，所以國際上通常把單片機稱為嵌入式控制器（Embedded MieroController Unit，EMcu）或微控制器（MicroController Unit，Mcu）。而在我國，大部分工程技術(shù)人員則比較習慣于使用“單片機”這一名稱。單片機按照其用途可分為通用型和專用型兩大類。通用型單片機就是其內(nèi)部可開發(fā)的資源（如存儲器、I/O等各種外圍功能部件等）可以全部提供給用戶。用戶可根據(jù)實際需要，設(shè)計一個以通用單片機芯片為核心，再配以外圍接口電路及其他外圍設(shè)備，并編寫相應(yīng)的軟件來滿足各種不同需要的測控系統(tǒng)。通常所說的和本書所介紹的單片機是指通用型單片機。專用型單片機是專門針對某些產(chǎn)品的特定用途而制作的單片機。例如，各種家用電器中的控制器等。由于是用于特定用途，單片機芯片制造商常與產(chǎn)品廠家合作，設(shè)計和生產(chǎn)“專用”的單片機芯片。設(shè)計中，已經(jīng)對“專用”單片機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡化、可靠性和成本的最佳化等方面都做了全面的綜合考慮，所以“專用”單片機具有十分明顯的綜合優(yōu)勢。但是，無論“專用”單片機在用途上有多么“專”，其基本結(jié)構(gòu)和工作原理都是以通用單片機為基礎(chǔ)的。

編輯推薦

《單片機原理及接口技術(shù)》主要介紹AT89C51單片機的原理及接口的軟硬件設(shè)計。對讀者學習單片機技術(shù)，具有很好的參考作用。作者以單片機原理講義為藍本，結(jié)合單片機技術(shù)應(yīng)用的最新進展，認真修改，不斷補充完善，形成《單片機原理及接口技術(shù)》?！秵纹瑱C原理及接口技術(shù)》具有如下特色。作者為國家精品課程“單片機原理”負責人，《單片機原理及接口技術(shù)》是多年教學、科研工作的結(jié)晶。為突出《單片機原理及接口技術(shù)》的應(yīng)用性，在對AT89C51的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)詳細介紹的基礎(chǔ)上，重點介紹了各種接口設(shè)計和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，并給出較多實例。突出選取內(nèi)容的實用性、典型性。書中的應(yīng)用實例，均來自科研工作及教學實踐，內(nèi)容豐富、詳實。所介紹的各種設(shè)計方案，均為常用、典型的方案。為加強實踐能力的培養(yǎng)，《單片機原理及接口技術(shù)》文字精練，通俗易懂。書中各章后均附有思考題與習題，供讀者鞏固、消化、理解課堂所學內(nèi)容之用。以接口設(shè)計為主線、應(yīng)用設(shè)計為目的全面介紹單片機原理及各種接口技術(shù)提供豐富實例，提高讀者的設(shè)計效率。

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